大体积混凝土裂缝产生原因及其预防控制措施

1、大体积混凝土裂缝产生原因与其预防控制措施0大体积混凝土施工中裂缝控制是一项较复杂问题，但这一问题带有普遍 性。本文分析了大体积混凝土裂缝类型与裂缝产生原因，在此基础上提出 相应的温度控制措施、施工措施、设计措施与原材料措施来预防裂缝发生 摘要：大体积混凝土施工中裂缝控制是一项较复杂问题，但这一问题带有 普遍性。本文分析了大体积混凝土裂缝类型与裂缝产生原因，在此基础上 提出相应的温度控制措施、施工措施、设计措施与原材料措施来预防裂缝 发生。一、前言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、承台与基础、 高层建筑的箱型基础或筏型基础 ），而大体积混凝土 施工中普 遍会遇

2、到裂缝控制问题，这是因为混凝土体积大，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 很可能导致裂缝产生，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产生和发展， 以保证工程质量。二、大体积混凝土裂缝类型与裂缝产生原因分析大体积混凝土结构裂缝主要包括干燥收缩裂缝、塑性收缩裂缝、自身 收缩裂缝、安定性裂缝、温差裂缝、碳化收缩裂缝等。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

3、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。影响混凝土收缩的主要因素 主要是混凝土中的用水量、水泥用 量与水泥品种。混凝土中的用水量和 水泥用量越高，混凝土 收缩就越大。水泥品种对干缩量与收缩量也有很 大的影响，一般中低热水泥和粉煤灰水泥的收缩量较小。自身收缩是混凝土收缩的一个主要来源。自身收缩与干缩一样，是由 于水的迁移而引起的。但它不是由于水向外蒸发散失，而是因为水泥水化 时消耗水分造 成凝胶孔的液面下降形成弯月面，产生所谓的自干燥作用， 导致混凝土体的相对湿度降低与体积减小而最终自身收缩。水灰比对自身 收缩影响较大， 一般来说， 当水 灰比大于 0.5 时，其自干

4、燥作用和自身收 缩与干缩相比小得可以忽略不计；但是当水灰比小于 0.35 时，体内相对 湿度会很快降低到 80% 以下，自身收缩与干 缩则几乎各占一半。自身收缩主要发生在混凝土拌合后的初期。因此在模板拆除之前，混 凝土的自身收缩大部分甚至全部已经完成。在大体积混凝土里，即使水灰 比并不低，自 身收缩量值也不大，但是它与温度收缩叠加到一起，就要 使应力增大，所以在水工大坝施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。但是，许多断面尺 寸虽不很大，且水灰比也不算小的混 凝土，也必须考虑水化热与随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂影响，也需要考虑将温度收缩和自身收缩叠加的影 响。塑性收缩

5、也是大体积混凝土收缩一个主要来源。在水泥活性大、混凝 土温度较高或者水灰比较低的条件下，混凝土的泌水明显减少，表面蒸发 的水分不能与 时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍微受到一点 拉力，混凝土的表面就会出现分布不规则的裂缝。出现裂缝以后，混凝土 体内的水分蒸发进一步加快，于是 裂缝迅速扩展。所以在这种情况下混 凝土浇筑后需要与早覆盖养生。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。温差的产生主要有三种情况：第一种是在混 凝土浇筑初期，这一阶段产生大量的水化热，形成内

6、外温差并导致混凝土 开裂，这种裂缝一般产生在混凝土 浇筑后的第 3 天 （升温阶段 ）。另一种是 在拆模前后，这时混凝土表面温度下降很快，从而导致裂缝产生。第三种 情况是当混凝土内部温度高达峰值后，热量逐渐散 发而达到使用温度或 最低温度， 它们与最高温度的差值即内部温差。 这三种温差都会产生裂缝， 但最严重的是水化热引起的内外温差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。三、裂缝的防治措施1. 设计措施（1）精心设计混凝土配合比。 在保证混凝土具有良好工作性的情况下, 应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低 水胶比） 二掺（掺高效减水剂

7、和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量） 的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混 凝土。（2 ）增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式, 全截面的配筋率应在 0.30.5%之间。（3）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。（4）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 的极限抗拉强度。（5 ）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距 2030m，保留时间一般不小于 60天如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。2. 原材料控制措施（ 1）尽量选用

8、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（90 d180d）以降低水泥用量，减少水化热（因为每加减 10水泥，温度会相应增减1 °C,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 5 d ）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。（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。

9、（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 4 40 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 150300 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

10、缝有一定好处。（4）适当选用高效减水剂和引气剂，这对减少大体积混凝土单位用水 量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力学、 热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。3. 施工方法控制措施 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 C1.0 C。对大型设备基础可采用分 块分层浇筑（每层间隔时间5d7d），分块厚度为1.0m1.5m，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 5厚砂子或铺二毡三油 ） ，底板高低起伏和截面

11、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 C以上。尽量采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。还可根据具体工程特点，采 用补偿收缩混凝土技术。4. 温度控制措施混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极其敏感的。当混凝土从零应 力温度降低到混凝土开裂温度时，混凝土拉应力超过了此时的混凝土极限 拉应力。因此，通过应降低混凝土内水化热温度和混凝土初始温度，减少 和避免裂缝风险。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少内外温差，但不可避免地招致混凝土体内 温度很高，从 受约束而导致贯穿裂缝的角度看，是一个潜在恶化裂缝的 条件。因为体内热量迟早是要散发掉的。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一一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