大体积混凝土裂缝产生的细节原因与对策

大体积混凝土裂缝产生的细节原因与对策

何剑,何世国

中建八局华中建设有限公司，湖北省武汉市， 430000

摘要：大体积混凝土裂缝产生的原因涉及原材料质量、配合比的适配性、拌合、运输和浇筑与养护、环境温度等因素，各高等院校、行业协会、建设单位、施工单位、监理单位等专家学者对大体积混凝土裂缝产生的原因研究较多，但一些细节和和深层次问题很少有人进行分析，导致我国建设领域商品混凝土质量波动较大，裂缝产生后找不到真正的主因，是当前商品混凝土拌合物生产、施工环节值得重视的问题；只有从根本上、细节上分析裂缝产生的原因，才能提出良好的对策；

关键词：大体积混凝土、裂缝、细节、对策

一、大体积混凝土拌合物生产过程中易忽视的问题

1、大量采用机制砂带来的影响

由于天然砂资源逐步枯竭和国家生态环保政策的影响，全国各地商品混凝土生产商大量采用人工机制砂，而这些机制砂的原料构成和来源不尽相同；其化学成份、物理特性同样不同而复杂，而这些机制砂的石粉含量、含泥量、含水率既没有具体的检测数据，也无从考证验证其物理力学特性，搅拌站为了满足泵送性能，便通过掺加外加剂来调整泵送性能，岀于强度安全系数考虑，搅拌站在胶凝材料的配合比增加水泥用量；常规条件下对于普通混凝土配合比而言，水泥掺量的富余系数是有上限的，因此不合理的水泥掺量、外加剂品种、成份复杂的机制砂是引起大体积混凝土裂缝潜的风险因素；

2、混凝土生产产能不足产生的影响

商品混凝土搅拌站限于生产线、设备运能、原材料储备、同一时段同时供应多个项目或生产多个不同强度等级混凝土、运输过程中遇行驶路段特殊情况堵车等问题，导致供应时间拉长、现场混凝土间隔时间严重超时，产生冷缝和构件梯度温差，极易让温控监测人员产生误判并导致裂缝的产生；

3、混凝土拌和物生产过程中计量控制不良产生的影响

在搅拌站生产过程中原材料的计量控制严重影响混凝土拌和物配合比的准确性，实践中标准养护试块7d、28d强度等级合格，而现场28d强度达不到设计强度的100%，还有在往进料仓斗运送砂石时，搅拌站大多采用人工铲车，三种不同砂、石的体积比例不尽相同，在生产班次上交接班未对计量器具校正清零、在砂石的含水率测定走场，测试方法方面不科学，计量装置超过检定周期仍然使用、坍落度判定依靠摄像头观察等现象成为三、四线城市生产混凝土拌和物普遍现象。不正确的计量对混凝土拌和物生产质量的波动性影响较大；

二、大体积混凝土拌和物温控方面的影响

大多数情况下但凡有大体积混凝土浇筑的项目，虽然有方案、有温度监测措施，但是很多项目由于年轻员工缺少经验，未能从升温、降温速率、表外温差、里表温差这些细微的变化中采取针对性较强的保湿保温措施，而是一味的采取浇水覆盖养护措施，同时忽视了竖向构件、楼梯、复杂部位的养护，造成了水平与竖向构件间温差进一步拉大；在安装大体积混凝土测温数据线时，数据线未做防护易损或高温烧坏数据线的屏蔽系统，数据线端子紧贴结构钢筋，这些问题都会造成测量数据失真，同时测量时间也未根据水泥水化升温峰值及降温速率规律去精密的计算从而确定最佳监测时间段，这些问题都会严重影响我们的科学判断，导致养护措施不当产生裂缝风险；

三、大体积混凝土拌和物施工方面的影响

1、外墙钢筋保护层不当也是造成竖向构件产生裂缝的因素之一，钢筋班组在施工时往往为了墙体模板满足安装，有意将保护层拉大，更有甚者设计图纸规定≥50mm的外墙钢筋增加了抗裂网片，钢筋工人图方便省事将网片直接绑扎在外墙纵向钢筋上，丝毫起不到保护层抗裂作用，这种问题普遍存在于各项目施工现场而极易被相关部门人员所忽视；

2、混凝土落料高度≥3000mm以上，加上混凝土拌合物坍落度≥200mm以上造成落料时产生离析，产生浆石砂分离导致局部混凝土酥松不密实，进而产生裂缝；

3、外墙拆模时，我们的工程技术人员未针对大体积内部温度和环境温度，进行针对性技术交底，导致拆除模板时大体积混凝土的表外温差产生应急反应，加剧了裂缝发生和扩大的几率

四、大体积混凝土拌和物产生裂缝的理论分析

1、水泥水化热的影响

水泥水化反应产生的热量是大体积混凝土内部温升的主要热量来源，据科研单位试验证明每千克普通硅酸盐水泥放出的热量达500KJ。因大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，引起内部急骤升温；随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度不断提高，对混凝土降温收缩变形的约束应力也越来越强，产生较大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗此温度应力时，就极易产生温度裂缝；

2、混凝土内外约束条件的影响

混凝土在早期温升阶段，产生的膨胀变形受到约束面的约束，而产生压应力，此时混凝土弹性模量很小，混凝土与基层连接不稳定，压应力较小，而当温度下降吋，产生较大的拉应力，如果超级混凝土的极限抗拉强度，则混凝土可产生垂直裂缝。在全约束条件下，混凝土变形是温差和混凝土线膨胀系数的乘积：∑i＝∆T·α，当变形使∑i超过混凝土的极限拉伸值Σp时，结构便出现裂缝；降低混凝土的内外温差和改变其约束条件对防止大体积混凝土裂缝产生有着重要意义；

3、外部气温变化的影响

混凝土的内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的温升和结构的散热温度等各种温度叠加总和构成，外界气温越高时，其混凝土的浇筑温度越高；如外部温度低，则会增加混凝土的温度梯度；特别是在气温骤然下降，则大大增加了混凝土的表外温差，加大了混凝土的拉应力，造成大体积混凝土的裂缝的风险；

4、大体积混凝土收缩变形的影响

大体积混凝土的收缩变形主要包括塑性收缩与体积变形；而早期塑性收缩变形包括：①早期水泥化学收缩，②集料下沉、砂浆上浮，③表面水分的蒸发；实践表明在不同环境、养护条件、用水量及坍落度、掺合料及外加剂对早期的塑性收缩裂缝影响显著；混凝土的体积变形是水泥水化过程中产生的，多数是收缩变形，少数为膨胀变形，收缩主要通过内部水份蒸发而引发，最大收缩值可达8×10-4m，这种收缩变形数量大，时间跨度长；还有碳化收缩变形，即CO2与Ca（OH）2反应生成CaCO2和H2O，这些结合水因蒸发消耗而使混凝土产生收缩变形；

五、大体积混凝土拌和物裂缝预防的对策措施

基于实践和混凝土的长期耐久性考虑，以及各地区原材料、环境温度不同、地区监管政策不同、项目规模、产品性质、设计工况要求等因素，工程技术人员不应过于教条主义，特别是重点工程项目应通过大量调查研究、试验试证科学策划编制专项施工方案；同时，更应重视混凝土的原材料质量把控、配合比适配性、运输、计量控制、和浇筑振捣养护控制、拆模控制、温度控制，充分了解混凝土在生产运输、浇筑、拆模、养护等各个环节的具体的注意事项，通过针对性管控对全过程各阶段进行科学合理的严格管理和高度的责任感、高度的风险危机管控意识才能降低大体积混凝土裂缝发生率，提高大体积混凝土全生命周期的耐久性，保证主体结构的使用功能的安全性。

根据我国大体积混凝土施工经验与近年混凝土拌和物原材料市场变化，应重点控制混凝土的温升，延迟混凝土降温速率，减少混凝土收缩变形，提高混凝土极限抗拉应力值，改善构件的约束条件，完善构造设计；具体的对策控制措施主要有：

（1）、优先选用中低热水泥品种；

（2）、浇筑前对大体积混凝土结构进行合理的分段分层；

（3）、在满足强度和其他性能要求前提下，尽量降低水泥用量；

（4）、掺加适宜的外加剂；外加剂品种应与水泥相容性良好；

（5）、选择适宜的粗、细骨料；

（6）、重视混凝土的出机温度和入模温度；

（7）、采取适宜的降温和保湿养护降低内部温升；

（8）、采取保温保湿隔热措施，降低内外温差，控制降温速率；

（9）、从设计层面采取预防大体积混凝土裂缝的结构措施；

（10）、提升项目管理人员业务技能和班组施工的工序标准化管控能力。

六、小结

通过对大体积混凝土拌和物从实践性生产、运输、浇筑等细节上以及大体积混凝土裂缝产生的理论分析与对策措施，旨在为同行业业界混凝土管理人员提出肤浅建议和交流，促进当前大体积混凝土施工质量提升，降低裂缝发生率、减少企业项目维修成本，提高企业经济效益和质量品牌有着积极意义！同时亦能减少资源消耗和环境污染；大体积混凝土的裂缝控制事关结构的使用功能、安全性和耐久性，是一项长期的持续的值得重视的工作。

参考文献：

朱效荣.数字量化混凝土实用技术.中国建材工业出版社

朱效荣.现代多组分混凝土理论.辽宁大学出版社

胡红梅.混凝土矿物掺合料.中国电力出版社