大體積混凝土裂縫產生原因及預防措施

李俊杰

（攀枝花十九冶集團工業開發有限公司防城港商品混凝土分公司，四川 攀枝花 538001）

1 大體積混凝土的定義

大體積混凝土是指一次性澆筑量很大的混凝土。正因為其一次性澆筑量大，常常需要采取相應措施來應對膠凝材料水化放出大量熱量所造成的溫差。GB50496—2009《大體積混凝土施工規范》中大體積混凝土定義為：混凝土結構物實體最小尺寸不小于 1m 的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土。在大型項目施工中，這種大體積混凝土的澆筑通常一次澆筑量大，極易出現裂縫，如果不加以控制會產生嚴重的后果。

2 裂縫分類及產生的原因

大體積混凝土結構一般要求一次性整體連續澆筑。其產生裂縫的原因有很多種，裂縫的種類也較多，但主要分為兩種，即收縮裂縫和溫度裂縫。混凝土收縮裂縫包括塑性收縮裂縫、干燥收縮裂縫和自收縮裂縫。

2.1 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫是在混凝土初凝后產生的裂縫。混凝土在初凝后失去了流動性，強度極低，但其初步結構已形成。如果在這一階段混凝土自身失水過多，就會產生較大的塑性收縮，此時混凝土的強度還不足以抵抗這種收縮應力，從而出現塑性收縮裂縫。當施工環境風速大、氣溫高、濕度低時很容易出現這種裂縫。

塑性收縮裂縫通常形狀不規則、較淺，出現在新澆筑構件的表面。混凝土早期失水是出現塑性收縮裂縫的根本原因，造成這種失水的原因有兩個：一是由于混凝土澆筑后早期的養護不到位，風吹日曬，造成混凝土表面失水過快；二是模板或者墊層沒有充分潤濕也會使混凝土表面的失水過快。另外，在同等條件下，混凝土的凝結時間越長，其塑性收縮也將越大。

混凝土塑性收縮裂縫不僅會影響混凝土構件的外觀質量，更重要的是會造成混凝土抗滲性能下降，會對混凝土結構的使用年限造成嚴重影響。因此，我們應在設計和施工過程中給予足夠的重視。預防混凝土的塑性收縮的方法有：（1）加強早期的養護，做到混凝土澆筑后及時覆蓋養護；（2）混凝土澆筑前充分潤濕模板和墊層；（3）控制好混凝土的凝結時間，特別是初凝到終凝的時間。

2.2 干燥收縮裂縫

干燥收縮裂縫是由于混凝土的干燥收縮變形引起的。混凝土的單位用水量對干燥收縮的影響最大，在單位用水量相同的情況下，單位水泥用量或水灰比對于干燥收縮的影響相對較小。一般情況下，混凝土中集料的干燥收縮變形是很小的，因此混凝土的干燥收縮取決水泥石的干燥收縮。水泥的礦物組成中 C3A 含量較多干燥收縮大， SO3含量越多干燥收縮越小；同時水泥的比表面積越大，干燥收縮越大。所以大體積混凝土應優先選用中、低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。另一方面干燥收縮與水分的蒸發有著較大關系，因此受周邊環境相對濕度和溫度的影響。相對濕度較低時，有比較大的干燥收縮，同樣如果周邊環境溫度較高，水分蒸發速度快也出現較大的干燥收縮。干燥收縮裂縫的寬度多在0.05～0.2mm，多見于大體積混凝土的表面。干燥收縮裂縫會影響混凝土的抗滲性能，降低混凝土的耐久性，從而引發工程質量事故。

預防干燥收縮裂縫的最根本措施是：（1）減少混凝土水泥石的干燥收縮；（2）加強混凝土的養護。

2.3 自收縮裂縫

混凝土的自收縮主要發生在混凝土硬化后，混凝土的自收縮是由于水泥的水化反應而引起的，影響水泥水化的因素都會影響自收縮。其中水膠比對混凝土自收縮產生影響最大。水泥產生激烈反應時，水膠比越低自收縮則越大。水膠比極低時，被認為是干燥收縮的部分而實際上是自收縮。并且，混凝土即使處于水養護狀態，隨著齡期增加也會產生收縮。這是由于在混凝土的表面一邊吸水，一邊在混凝土內部進行自干燥。那么在哪種水泥中更容易發生這種自收縮呢？使用早強硅酸鹽水泥時自收縮大，相反，在中熱硅酸鹽水泥中自收縮較小。這與水泥的礦物組成密切相關，礬土類礦物自收縮增大。預防混凝土自收縮的方法有：（1）使用水化熱低的水泥；（2）使用部分礦物摻合料替代水泥。

2.4 溫度裂縫

溫度裂縫是指由于混凝土結構中的溫度變化或溫度分布不均勻而產生的裂縫。溫度變化或溫度不均勻性是由于施工所處的環境溫度變化造成的，或者是由于混凝土中膠凝材料水化反應放出的水化熱引起的。大體積混凝土從澆筑開始到澆筑完畢，水泥水化放出大量的水化熱。由于混凝土體積量大產生的水化熱不能及時散出，而聚集在混凝土內部，致使混凝土內部溫度急劇上升。而與大氣接觸的混凝土表面散熱較快，這就在混凝土實體上形成了較大的內外溫差。內部溫度高混凝土膨脹，表面溫度低混凝土收縮，會在混凝土表面產生一定的拉應力，當產生的拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會出現裂縫。導致溫度裂縫的關鍵因素是混凝土構件內外的溫差，因此，預防混凝土溫度裂縫的關鍵在于降低混凝土中的溫度梯度，保證混凝土中的溫度分布趨于均衡，或者逐步地過渡。

3 大體積混凝土裂縫的控制措施

控制大體積混凝土裂縫可以從混凝土原材料的選擇、合理的配合比、澆筑方法、養護條件四個方面著手。

3.1 優選混凝土原材料

（1）水泥的合理選擇

優先選用自收縮小、水化熱低的水泥。混凝土內部溫差主要是由水化熱產生的，為了減小溫差就要盡量降低水化熱，所以盡量使用早期水化熱低的水泥。在大體積混凝土項目施工中一般采用中、低熱硅酸鹽水泥或者低熱礦渣硅酸鹽水泥。另外，在不影響水泥活性的情況下，要盡量使水泥的比表面積減小，因為水泥的比表面積會影響水化放熱速率，比表面積越大水化越快放熱速率越快。

（2）使用礦粉與粉煤灰的雙摻

混凝土中摻加礦粉和粉煤灰后可以顯著降低混凝土早期的水化放熱速度，這對于溫差引起的裂縫控制很有利，而且還可以提高混凝土的抗滲性、耐久性和抑制混凝土的堿集料反應。粉煤灰和礦粉雙摻又可以優勢互補，粉煤灰的加入減少了由于礦粉的加入造成混凝土的泌水，同時礦粉又彌補了粉煤灰早期強度低的不足。

3.2 大體積混凝土配合比的確定

大體積混凝土配合比應符合下列規定：

（1）粗骨料宜為連續級配，最大粒徑不宜小于31.5mm，含泥量不應大于 1.0%，細骨料宜用中砂，含泥量不應大于 3.0%。

（2）單位拌合用水量不宜大于 175kg/m3。

（3）水膠比不宜大于 0.50，砂率宜為 35%～42%。

（4）到澆筑面混凝土的實測坍落度不宜大于 160mm。

3.3 大體積混凝土澆筑方法

混凝土的澆筑過程中，要振搗密實，振搗時間和間距應均勻（以表明泛漿為宜），澆筑層厚度宜為 300～500mm，同時要保證上下層混凝土的連接，在下層混凝土初凝前澆筑上一層混凝土。澆筑完畢后，表面要壓實、抹平，防止表面裂縫，并且應在混凝土初凝前進行澆筑面的二次抹壓處理。混凝土澆筑體在入模溫度基礎上的溫升值不宜大于 50℃，澆筑體的里表溫差（不含混凝土收縮的當量溫度）不宜大于25℃，混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于 2.0℃/d。

3.4 合理的養護

大體積混凝土應進行保溫保濕養護。在每次混凝土澆筑完畢后，除應按普通混凝土進行常規養護外，尚應及時按溫控技術措施的要求進行保溫養護，并應符合下列要求：

（1）在混凝土澆筑完畢初凝前，應立即進行噴霧養護工作。

（2）做好通水冷卻工作，但是要注意冷卻時間和速度。

（3）保溫覆蓋層的拆除應分層逐步進行，當混凝土表面溫度與環境最大溫差小于 20℃ 時，方可全部拆除。

（4）應專人負責保溫養護工作，同時做好測試記錄。

（5）保濕養護的持續時間不得少于 14d，并應經常檢查塑料薄膜或養護劑涂層的完整情況，保持混凝土表面濕潤。

4 結語

隨著混凝土建筑的大型化和大型快速施工的增多，一次性澆筑的混凝土量也越來越大，對混凝土結構的整體性和裂縫控制的要求和難度也在增大。大體積混凝土開裂是目前建筑行業普遍存在的難題，通過以上總結分析可知，既要從原材料的源頭上控制，又要在施工中預防混凝土澆筑后溫升階段的早期開裂，還要減少混凝土散熱冷卻過程中產生的應力造成的開裂。所以在混凝土澆筑前要充分考慮各種因素，選用質量合格的原材料、嚴格控制混凝土的質量、運用適當的澆筑方法、最后加上正確的養護以預防大體積混凝土裂縫的形成和發展。

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