淺談大體積混凝土裂縫成因與控制

郭珖

（廈門中林建設工程有限公司，福建 廈門361009）

一、大體積混凝土產生裂縫的主要原因

1水泥水化熱的影響

水泥在水化反應過程中產生大量的熱量，這是大體積混凝土內部溫升的主要熱量來源，試驗證明每克普通硅酸鹽水泥放出的熱量可達500J。由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結構內部不易散發，所以會引起混凝土結構內部急劇升溫。混凝土結構的厚度越大，水泥用量越多，水泥早期強度越高，混凝土結構的內部升溫越快。大體積混凝土測溫試驗研究表明，水泥水化熱在1～3d內放出的熱量最多，大約占釋放出總熱量的50%；混凝土澆筑后的3～5d內，混凝土內部的溫度最高。每m3混凝土中水泥用量，每增減10kg其水化熱將使混凝土的溫度相應升降1℃，所以，對于普通混凝土控制在每m3混凝土水泥用量不超過400kg。

隨著混凝土齡期的增長，其彈性模量和強度不斷提高，對混凝土降溫收縮變形的約束也越來越強，產生很大的溫度應力，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗此溫度應力時，便容易產生溫度裂縫。

2內外約束條件的影響

各種混凝土結構在變形中，必然受到一定的約束，從而阻礙其自由變形，約束又分為內約束和外約束。

通常大體積混凝土與地基澆筑在一起，當溫度變化時受到下部地基的限制，因而產生外部的約束應力。混凝土在早期溫度上升時，產生的膨脹變形受到約束面的約束而產生壓應力，此時混凝土的彈性模量很小，徐變和應力松弛均較大，混凝土與基層連接不太牢固，因而壓應力較小。但當溫度下降時，則產生較大的拉應力，若超過混凝土的極限抗拉強度，混凝土將會出現垂直裂縫。

由于結構不可能受到全約束，加之混凝土還有徐變變形，所以溫差在25℃～30℃情況下，也可能不產生裂縫。由此可見，降低混凝土的內外溫差和改善其約束條件，是防止大體積混凝土產生裂縫的重要措施。

3外界氣溫變化的影響

大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫變化對防止大體積混凝土開裂有很大影響。混凝土內部溫度由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結構的散熱溫度等各種溫度之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也越高；如果外界氣溫下降，會增加混凝土的溫度梯度，特別是氣溫驟然下降，會大大增加外層混凝土與內部混凝土的溫差，因而會造成過大的溫度應力，易使大體積混凝土出現裂縫。大體積混凝土由于厚度大，不易散熱，其內部溫度在有的工程中可高達85℃，而且持續時間較長。溫度應力是由溫差引起的變形所造成的，溫差越大，溫度應力也越大。因此，采取合理的溫度控制措施，控制混凝土表面溫度與外界氣溫的溫差，是防止混凝土產生裂縫的另一個重要措施。

4混凝土收縮變形的影響

混凝土收縮變形的影響，主要包括塑性收縮變形和體積變形兩個方面。

①混凝土的塑性收縮變形

在混凝土硬化之前，混凝土處于塑性狀態，如果上部混凝土的均勻沉降受到限制，如遇到鋼筋、大的混凝土骨料或者平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難時，就容易形成一些不規則的混凝土塑性收縮性裂縫。這種裂縫通常是互相平行的，間距一般為0.2～1.0m，并且有一定的深度，它不僅可以發生在大體積的混凝土中，而且可以發生在平面尺寸較大、厚度較薄的結構構件中。

②混凝土的體積變形

混凝土在水泥水化過程中要產生一定的體積變形，但多數是收縮變形，少數為膨脹變形。摻入混凝土中的水逐漸蒸發，隨著混凝土的不斷干燥而使吸附水溢出，就會出現干縮變形。除上述干燥收縮外，混凝土還會產生碳化收縮變形。即空氣中的二氧化碳與混凝土中的氫氧化鈣反應生成碳酸鈣和水，這些結合水會因蒸發而使混凝土產生收縮變形。

二、大體積混凝土裂縫控制的技術措施

大體積混凝土的裂縫，絕大多數是由溫度的原因產生的，因此防止產生溫度裂縫是大體積混凝土施工的關鍵。為了防止其產生溫度裂縫，除在施工前需要進行認真的溫度計算外，還要做到在施工過程中采取一系列有效的技術措施，如控制混凝土溫升、延緩混凝土降溫速率、減少混凝土收縮變形、提高混凝土極限抗拉應力值、改善混凝土約束條件、完善構造設計和加強施工中的溫度監測等。

1選用中、低熱水泥品種

強度等級為42.5MPa的礦渣硅酸鹽水泥，其3d的水化熱為180kJ/kg；強度等級為42.5MPa的普通硅酸鹽水泥，其3d的水化熱為250kJ/kg；強度等級為42.5MPa的火山灰質硅酸鹽水泥，其3d的水化熱僅為同強度等級普通硅酸鹽水泥的60%。

2.摻加外加劑和外摻料

①摻加外加劑

大體積混凝土中摻加的外加劑主要是木質素磺酸鈣（即木鈣）。在泵送混凝土中摻入水泥質量的0.2%～0.3%，它不僅能使混凝土的和易性有明顯的改善，而且可減少10%左右的拌和水，混凝土28d的強度可提高10%～20%；若不減少拌和水，坍落度可提高10cm左右；若保持強度不變，可節省水泥10%，從而降低水化熱。

②摻加外摻料

在混凝土中摻入一定量的粉煤灰取代水泥，除了粉煤灰本身的火山灰活性作用，生成硅酸鹽凝膠，作為膠凝材料的一部分起提高耐久性作用外，還可以起到顯著改善混凝土和易性，滿足混凝土的可泵送，降低混凝土水化熱的效能。

3.優選骨料

大體積混凝土中組成混凝土的砂石料約占混凝土總質量的85%，所以正確選用砂石料對保證混凝土質量十分重要。

①粗骨料的選擇

宜優先選擇自然連續級配的粗骨料，有其配制的混凝土，具有較好的和易性、較少的用水量、節約水泥用量、較高的抗壓強度等優點。經驗證明采用5～40mm石子比采用5～20mm石子，每m3混凝土可減少用水量15kg左右，在相同水灰比的情況下，水泥用量可節約20kg，混凝土溫升可降低2℃。但是，骨料粒徑增大后，容易引起混凝土的離析，影響混凝土的質量。

②細骨料的選擇

以采用優質的中粗砂為宜，細度模數宜在2.6～2.9范圍內，這樣可以降低混凝土的溫升和減少混凝土的收縮。

泵送混凝土的輸送管道形式很多，如果混凝土中的砂漿量不足，很容易發生堵管現象，所以，可適當提高砂率，但若砂率過大，又將對混凝土的強度產生不利影響。因此，在滿足混凝土可泵性的前提下，盡可能選用較小的砂率。

③骨料的質量要求

石子的含泥量不得大于1%，砂的含泥量不得大于2%。

4.控制混凝土出機和澆筑溫度

①控制混凝土的出機溫度

降低混凝土的出機溫度，其最有效的辦法就是降低砂石的溫度。降低砂石溫度的方法很多，如在砂石堆料場搭設簡易的遮陽裝置，砂石溫度可降低3℃～5℃；還有在拌和前用冷水沖洗粗骨料，在儲料倉中通冷風預冷，再加上冰屑拌和等方法。