淺析大體積混凝土的防裂技術趨勢

李生財

【摘要】本文從材料、設計、施工以及養護等方面探討了大體積混凝土溫度裂縫的控制措施和要點。

【關鍵詞】大體積混凝土；防裂技術；施工技術

引言

隨著我國建筑行業施工技術的不斷提高，大體積混凝土結構已廣泛應用于工程項目中，大體積混凝土的裂縫防治是該行業的重大技術問題，因此研究大體積混凝土防裂措施具有相當重要的意義。

一、大體積混凝土的定義

大體積混凝土是指尺寸大的混凝土。正確的定義應是：體積大至需要采取措施防止因水化熱引起體積變化而導致裂縫的混凝土，稱為大體積混凝土。例如：大壩、電站、橋梁、大型工廠、大型設備等。

二、大體積混凝土易裂的原因

2.1水化溫升高，體積變化大

混凝土體積越大，水泥水化產生的熱量越不容易散發，溫升越高，引起的體積變化越大。

2.2受約束，產生拉應力

不受約束（即能自由伸縮）的混凝土是不會產生內應力的，體積變化受約束才產生內應力。約束分為外部約束和內部約束。混凝土澆在巖石上或老混凝土上，其體積變化將受外部巖石或老混凝土約束，初期因水泥急劇水化升溫，體積膨漲，處于受壓狀態，但因混凝土（強度低）彈性模量低，產生的壓應力很小。后期水泥水化熱減小，散發熱量大于水化熱量，溫度降低，體積收縮，受巖石或老混凝土約束，由受壓狀態變為受拉狀態，產生拉應力。

2.3抗拉能力低

混凝土是脆性材料，抗壓能力較高，抗拉能力較低。抗拉強度僅為抗壓強度的1/10左右。極限拉伸也很小。大體積混凝土溫度變形受約束時產生的拉應力很容易超過極限拉伸而產生裂縫。

以上3個原因若同時存在并達到相當程度必然會產生裂縫。缺少其中一個，或其中一個沒有達到相當程度，裂縫可能不會發生。當然最根本的原因是水化溫升產生的較大體積變化。

三、大體積混凝土防裂措施

針對裂縫的成因，大體積混凝土的防裂措施應是：減小溫度變形，消除或減小約束程度，提高抗拉能力。

3.1減小溫度變形

3.1.1使用水化熱低的水泥

由于礦物成分及摻加混合材料數量不同，水泥的水化熱差異較大，鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的，水化熱較高；混合材摻量多的水泥水化熱較低。為降低水化溫升，減小體積變形，大體積混凝土一般不宜使用水化熱高的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，應使用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥，更不宜使用早強型水泥。

3.1.2盡量降低水泥用量

水泥水化產生的水化熱是大體積混凝土發生溫度變化從而導致體積變化的主要根源。干濕和化學變化也會造成體積變化， 但通常都遠小于水泥水化熱產生的體積變化。因此， 除采用水化熱低的水泥外， 要減少溫度變形， 還應降低水泥用量。具體要求如下。

1）在滿足結構安全的前提下， 盡量降低設計要求強度， 以減少水泥用量。

2）充分利用混凝土后期增長的強度及其他性能，采用較長的設計齡期。混凝土的強度、抗滲性等都隨齡期的增長而提高， 特別是摻加活性混合材（礦渣、粉煤灰）的混凝土。大體積混凝土因工程量大， 施工時間長， 有條件采用較長的設計齡期， 如90、180d、甚至1年。折算成常規齡期28d的設計強度就可降低， 從而減少水泥用量。

3）精心設計、調整混凝土的骨料粒徑和級配。如盡可能采用大的骨料最大粒徑。最大粒徑越大， 骨料的空隙率和表面積越小， 混凝土的水泥漿及水泥用量就越小。通常規定， 骨料最大粒徑不得大于結構斷面最小尺寸的1/4（板厚的1/2）， 鋼筋凈距的3/4。又如選用優良的骨料級配（包括砂率）。優良級配骨料的空隙率和表面積小， 水泥用量也小。比較優良的粗骨料級配， 其中最大粒徑～ 1/2最大粒徑的顆粒含量約為50%左右。此外， 合理的間斷級配亦可有效地降低水泥用量。比較簡便的是剔出5 ～ 10mm的顆粒。

4）摻加粉煤灰 粉煤灰的水化熱遠小于水泥， 7d約為水泥的1/3， 28d約為水泥的1/2。摻加粉煤灰減小水泥用量可有效降低水化熱。大體積混凝土的強度通常要求較低， 允許摻加較多的粉煤灰。另外， 優質粉煤灰的需水性小， 有減水作用， 可降低混凝土的單位用水量和水泥用量， 還可減小混凝土的自身體積收縮， 有的還略有膨脹， 有利于防裂。摻粉煤灰還能抑制堿-骨料反應并防止因此產生的裂縫。

5）摻減水劑 摻減水劑可有效地降低混凝土的單位用水量， 從而降低水泥用量。緩凝型減水劑還有抑制水泥水化作用， 可降低水化溫升， 有利于防裂。

3.1.3采用線脹系數小的骨料

混凝土由水泥漿和骨料組成， 其線脹系數為水泥漿和骨料線脹系數的加權（占混凝土的體積）平均值。大體積混凝土中的骨料體積占75%以上， 采用線脹系數小的骨料對降低混凝土的線脹系數， 從而減小溫度變形的作用是十分顯著的。

3.1.4采用合理的施工方法

主要是運輸方法。大體積混凝土不宜采用泵送。因為可泵性限制了骨料的最大粒徑， 且要求流動度大，結果水泥用量大， 水化溫升高， 是十分不利于防裂的。大體積混凝土應采用吊罐吊運， 或其他運輸方式， 以使用大的骨料和較小的流動度。若只能泵送， 則應埋放塊石。

3.1.5在低溫季節或低溫時段澆注

除水泥水化溫升外， 混凝土本身的溫度也是造成體積變化的原因， 所以也應盡量降低。有條件的應盡量在冬季澆注， 避免在夏季澆注。若無法做到， 則應避免在午間高溫時澆注。

3.1.6冷卻混凝土

冷卻混凝土分預冷和后冷。預冷在澆注前進行，主要的方法是加冰拌合和冷卻骨料。深度預冷的制冷規模大， 冷量損失大， 是否采用應經技術經濟比較。后冷在澆注后進行。主要是在結構內埋設水管， 通低溫水冷卻， 冷卻效率高， 冷量損失小。澆注塊不太厚的，亦可采用表面流水冷卻， 也有較好效果， 且節約水管。

3.1.7做好表面隔熱保護

大體積混凝土的裂縫， 特別是表面裂縫， 主要是由于內外溫差過大產生的。澆注后， 水泥水化使混凝土溫度升高， 表面易散熱溫度較低， 內部不易散熱溫度較高， 相對的表面收縮而內部膨脹， 表面收縮受內部約束產生拉應力。但通常這種拉應力較小， 不至于超過混凝土抗拉強度而產生裂縫。只有同時遇冷空氣襲擊，或過水或過分通風散熱， 使表面降溫過大時才會發生裂縫（澆注后5 ～ 20d最易發生）。表面隔熱保護可防止表面降溫過大， 減小內外溫差， 是防裂的有效措施。

3.1.8使用微膨脹水泥

使用微膨脹水泥的目的是在混凝土降溫收縮時膨脹， 補償收縮， 防止裂縫。但目前使用的微膨脹水泥，大多膨脹過早， 即混凝土升溫時膨脹， 降溫時已經膨脹完畢， 也開始收縮， 只能使升溫時的壓應力稍有增加，補償收縮的作用不大。所以應該使用后期膨脹的微膨脹水泥。

3.2消除或降低約束

1）內部約束是無法消除和降低的。

2）外部約束主要決定于基巖或老混凝土的彈性模量。彈性模量越高， 約束程度越大。對于必須與基巖或老混凝土連接的建筑物， 如大壩， 要降低基巖的彈性模量是難以做到的， 要降低下層混凝土的彈性模量， 則應在其未充分硬化時澆注。對于允許和基巖或老混凝土脫離的建筑物， 如大型設備基礎， 則可采取以下措施消除外部約束：①巖石上可鋪一薄層砂碎石；②老混凝土上可鋪瀝青油氈；③側面為巖石或老混凝土時， 亦可用瀝青油氈隔開。

三、結束語

在大體積混凝土結構內一旦出現裂縫，要通過修補以恢復結構的整體性實際上是很困難的。因此，對于大體積混凝土結構的裂縫，應以預防為主。

參考文獻：

[1]曹力，劉京京，黃敏虎.大體積混凝土施工中的溫度控制[J].北京水利.2000（05）

[2]于航.加強施工管理，控制大體積混凝土裂縫產生[J].建筑管理現代化.2000（02）