防止大体积混凝土开裂在施工中的技术措施吕长根

防止大体积混凝土开裂在施工中的技术措施吕长根

吕长根

关键词：裂缝；水化热；混凝土；大体积

引言

大体积混凝土的最主要特点，是以大区段为单位进行施工，施工体积厚大，由此带来的问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，由此产生的热量又不易导出，造成较大的内外温差，加之混凝土早期的抗拉强度底，弹性模量小，致使混凝土开裂，影响工程质量。

随着我国基础建设的快速发展，大体积混凝土施工日益增多（如斜拉桥的索塔、承台及基础、高层建筑的箱型基础或筏型基础），而大体积混凝土施工中通常会遇到裂缝控制问题。这是由于当混凝土体积较大时，聚集的大量水化热会导致混凝土内外散热不均匀，在受到内外约束的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力并导致裂缝产生，最终为工程结构埋下严重质量隐患。因此，大体积混凝土施工中应严格控制裂缝的产生和发展，以保证工程质量。

1.大体积混凝土裂缝产生的原因

1.1水泥水化热

水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5天。

1.2外界气温变化

大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。

温度应力是由于温差引起温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

1.3混凝土的收缩

混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的，而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。

影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺（特别是养护条件）等。

2.大体积混凝土裂缝的类型

2.1收缩裂缝

混凝土在逐渐散热和硬化过程中会导致其体积的收缩，对于大体积混凝土，这种收缩更加明显。如果混凝土的收缩受到外界的约束，就会在混凝土体内产生相应的收缩应力，当产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。

2.2温差裂缝

混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝产生的主要原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。

2.3安定性裂缝

安定性裂缝表现为龟裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起。

3.施工中裂缝的预防控制措施

3.1现场施工中技术控制措施

大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，降温速度不应超过0.5℃～1.0℃/h。对大型设备基础可采用分块分层浇筑（每层间隔时间5d～7d），分块厚度为1.0m～1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时，在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层（浇二度沥青胶撒铺5mm厚砂子或铺二毡三油），底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少约束作用。此外，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。尽量采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。

3.2现场施工中温度控制措施

人工控制混凝土温度的措施对早期因热原因引起的裂缝作用不明显。比如表面保温材料保护可以减小内外温差，但同时也导致混凝土体内温度较高。另外人工控制混凝土温度还需注意的问题是防止过速冷却和超冷，过速冷却不仅会使混凝土温度梯度过大，而且早期的过速超冷会影响水泥—胶体体系的水化程度和早期强度，更易产生早期热裂缝。超冷会使混凝土温差过大，引起温差裂缝浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，可在水平及垂直泵管上加盖草袋并喷冷水。

3.3现场施工中原料控制措施

3.3.1尽量选用低热或中热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥），或利用混凝土的后期强度（90d～180d）以降低水泥用量，减少水化热（因为每加减10kg水泥，温度会相应增减1℃，水化热与水泥用量成正比）。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（1～5d）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徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。

3.3.2适当搀加粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水等。

3.3.3选择级配良好的骨料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%～83%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。一般来说，可以选用粒径4mm～40mm的粗骨料，尽量采用中砂，严格控制砂、石子的含泥量（石子在1%以内，砂在2%以内）。控制水灰比在0.6以下。还可以在混凝土中掺缓凝剂，减缓浇筑速度，以利于散热。另外还可以考虑在大体积混凝土中掺加坚实无裂缝、冲洗干净、规格为150mm～300mm的大块石。掺加大块石不仅减少了混凝土总用量，降低了水化热，而且石块本身也吸收了热量，使水化热能进一步降低，对控制裂缝有一定好处。

虽然大体积混凝土裂缝产生的原因很多，但只要严格按规范规定施工，认真积极的探索裂缝产生的原因，及早采取相应的预防措施，就能有效地控制大体积混凝土结构的裂缝

参考文献

[1]李立全《混凝土配合比设计手册》华南理工大学出版社2003

[2]罗用会《普通混凝土配合比设计规程》中国建筑工业出版社2001