关于控制大体积混凝土早期裂缝的问题分析

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【摘要】该文根据笔者从事控制大体积混凝土早期裂缝控制多年的工作实践经验，对大体积混凝土早期裂缝的产生原因和采取措施等方面进行分析，可供同行进行参考借鉴。

【关键词】大体积混凝土；早期裂缝；质量控制；分析

引言

混凝土早期裂缝是影响工程质量的主要因素之一，裂缝产生不可避免，但是其有害程度是可以通过现代技术手段进行控制的。裂缝产生的原因主要是变形作用，如温度变化、收缩变形、基础不均匀沉降变形等诸多因素，统称为变形作用引起的裂缝问题。对于变形作用引起混凝土裂缝的控制仍处于研究阶段，国家缺乏相关规范及规程，它涉及结构设计、地基基础、施工技术、材料质量、环境状态等诸多因素，特别是泵送混凝土施工工艺的发展，使得混凝土裂缝控制的技术难度大大增加。

一、大体积混凝土裂缝产生的原因

混凝土结构在建造和使用过程中出现不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象，大体积混凝土结构出现早期裂缝现象更普遍。大体积混凝土的断面尺寸较大，在混凝土工程施工中，由于水泥水化热引起混凝土内部绝热温升和温度应力剧烈变化，从而导致混凝土容易产生早期裂缝。因此，控制混凝土浇筑过程中因水化热引起的温升、降低浇筑混凝土结构的内外温差以及减小混凝土降温速率，都是为防止混凝土出现早期裂缝而采取的有效措施。

1.荷载引起的裂缝

大体积混凝土在静、动荷载及次应力下产生的裂缝称为荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。产生原因有：

1）对结构进行计算时，计算模型不合理，结构受力设计与实际受力不符，荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误，结构安全系数不够；结构设计未考虑施工的可行性，设计截面不足；钢筋设计偏少或布置错误，结构刚度不够等。

2）施工时不按设计图施工、擅自更改结构施工顺序、改变结构受力模式；未对结构作疲劳强度验算等。

2.收缩裂缝

混凝土在空气中凝结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量，用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩、自身收缩和碳化收缩等。在大体积混凝土里，即使水灰比偏高，自身收缩量值也不大，但是它与干燥收缩叠加到一起，就会使应力增大，在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。

3.温度裂缝

混凝土的温度变形时受到约束产生的裂缝。主要影响因素是混凝土里表温差过大；混凝土表面和周围环境温差过大；散热条件下，混凝土内部温度达到峰值后，降温速率太大等。

浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的表面干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

4.安定性裂缝

安定性裂缝表现为龟裂，主要是因水泥安定性不合格而引起的。

5.地基基础变形引起的裂缝

地基基础不均匀沉降的主要原因是由于混凝土在塑性状态下其基础、支架等有不均匀沉降，使局部混凝土变形受约束而产生裂缝。

二、大体积混凝土的质量控制

大体积混凝土具有结构体积大、承受荷载大、水泥水化热大、内部受力相对复杂等结构特点。在施工上，结构整体性要求高，一般要求整体浇筑，不留施工缝。

1.混凝土配合比及设计要求

1）精心设计混凝土配合比。设计大体积混凝土强度等级时，可以利用混凝土60d或者90d的强度作为混凝土配合比设计、强度评定及工程验收的依据。因此既要保证设计强度，又要大幅度降低水化热；既要使混凝土具有良好的和易性，又要降低水泥和水的用量。所以，在综合考虑各种影响因素下，应尽量选择普通硅酸盐水泥或者中低热硅酸盐水泥，通过试验选择合适外加剂，控制水灰比，在满足混凝土强度和施工基础上减少水泥用量。严格控制骨料质量，使用连续级配碎石，加大骨料粒径，增加骨料用量。采用优质活性掺合料。

2）优化大体积混凝土的结构设计。要求在大体积混凝土裂缝易发生部位如孔洞周围以及转角处布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。要避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。在变截面部位，加焊接钢筋网片。在结构设计中应合理设置后浇带。

2.原材料质量控制大体积混凝土所选用的原材料应注意以下几点

1）选用中低热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥），减少水化热。但是，水化热低的矿渣水泥的泌水性比其他水泥大，在浇筑层表面有大量水泌出。这种泌水现象，不仅影响施工速度，同时影响施工质量。混凝土泌水性的大小与用水量有关，用水量多，泌水性大，且与温度高低有关，水完全析出的时间随温度的升高而缩短；此外，还与水泥的成分和细度有关。所以，在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性小的品种，并应在混凝土中掺入矿物掺合料。在混凝土浇注施工中，用振捣器振实后，要及时将泌出水排出再继续浇筑上一层混凝土。

2）在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。因为这种水泥在水化膨胀期可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力可部分抵消温度应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。

3.施工质量控制

1）加强混凝土生产、运输过程控制。大体积混凝土的施工包括混凝土的生产、运输、浇筑和养护等环节。在温度较高的情况下进行施工，我们要采取措施，尽量降低混凝土入模时的温度。可以在施工现场对堆放在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射升温，在混凝土生产过程中向混凝土中添加冰水，在混凝土运输车大罐外穿“保温外衣”，在泵送管道外间隔用块冰覆盖管道等。以上这些措施都可以有效的降低混凝土的入模温度。为了降低混凝土的总温升，减少混凝土内外温差，必须严格控制混凝土出机温度和入模温度。

2）制定混凝土浇筑方案。大体积混凝土浇筑常采用的方法有以下几种：全面分层，即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层。这种方案适用于结构的平面尺寸不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。

分段分层，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。斜面分层，要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。

3）二次抹压。混凝土浇筑完毕，在混凝土初凝前进行二次抹压。二次抹压作用是为了消除因混凝土早期失水收缩产生的表面裂缝，增加表面混凝土密实度。

4）大体积混凝土的养护。

大体积混凝土的养护，可根据工程的具体情况，采用薄膜加草袋、蓄水、搭设养护棚等保温保湿养护方法。在控制内外温差的前提下，应尽可能推迟保温层开始覆盖的时间。大体积混凝土保温、保湿养护中，应对混凝土的内表温度，顶面及底面温度，室外温度进行监测，根据监测结果对养护措施作出相应的调整，确保温控指标的要求。温度测定可采用在每个测温点上埋设测温片。

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