大體積混凝土裂縫控制技術探討

閆 永 杰

(山東 濰坊 262115)

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大體積混凝土裂縫控制技術探討

閆 永 杰

(山東 濰坊 262115)

介紹了大體積混凝土的概念，分析了大體積混凝土工程面臨的主要技術難題，并根據大體積混凝土的開裂機理，從配合比設計、水泥選擇、養護管理等方面，提出了防止大體積混凝土開裂的技術措施。

大體積混凝土，開裂機理，配合比，水泥

0 引言

隨著國家經濟的發展，大體積混凝土工程日益增多，大體積混凝土的裂縫控制問題是施工中經常遇到的一個問題。導致大體積混凝土出現裂縫的原因較多，具體包括溫差裂縫、收縮裂縫和安定性裂縫，大體積混凝土的裂縫為工程質量帶來嚴重隱患。因此，大體積混凝土施工中應嚴格控制裂縫產生和發展，以保證工程質量。

1 大體積混凝土概述

1.1 大體積混凝土的概念

關于大體積混凝土的概念，根據我國《大體積混凝土施工規范》對大體積混凝土的定義是：混凝土結構實體最小幾何尺寸不小于1 m的大體量混凝土或者因混凝土中膠凝材料水化反應引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，所以大體積混凝土不是以混凝土連續澆筑的量,而是混凝土結構實體最小幾何尺寸或可能溫度變化和收縮而導致混凝土有害裂縫確定的，大體積混凝土被廣泛應用于大型的工程中，但是其開裂問題是一個普遍的技術性難題。

1.2 大體積混凝土面臨的主要技術難題

1)施工難度大。大體積混凝土使用的混凝土方量大，結構物或是構件體積龐大，這就決定了其施工難度大，同時對混凝土的整體質量提出了更高的要求；2)對裂縫的控制要求高。大體積混凝土被廣泛應用在壩體、防爆廠房以及橋梁基礎等結構中，除了對強度提出了較高要求之外，還對其體積穩定性、抗滲性、抗裂性等性能提出了更高的要求，這就使得裂縫的控制問題成為大體積混凝土質量控制的關鍵；3)體積大，變形量大，形變難以控制。由于大體積混凝土具有尺寸大、水化熱散發困難的特點，在澆筑完成后容易出現巨大的內外溫差，同時在冷卻的過程中容易產生巨大的收縮，使得混凝土中容易出現嚴重的貫穿性裂縫，嚴重影響了大體積混凝土的整體穩定性和質量。

2 大體積混凝土的開裂機理分析

2.1 收縮裂縫

混凝土中的水泥水化時會消耗水分，消耗水分后膠凝孔的液面下降會形成彎月面，這就是混凝土的自干燥作用，混凝土的自干燥作用使混凝土內的相對濕度降低和體積減小而導致混凝土自身收縮，當水灰比較大時，特別是大于0.5時，混凝土的自收縮與干燥收縮相比可以忽略；但是當水膠比較小時，特別是小于0.35時，混凝土內的相對濕度會降低較快，這時混凝土的自收縮與干縮的比例各占50%。大體積混凝土隨著水化反應導致水分的減少和水分的蒸發，必然會導致體積收縮，這種收縮如果受到外界的約束，就會產生收縮應力，當收縮應力超過混凝土的極限抗拉強度，就會產生收縮裂縫。

塑性收縮也會導致出現大體積混凝土裂縫，當混凝土的水膠比較小時，混凝土中的水分較少，當混凝土表面的水分蒸發后得不到有效補充時，混凝土表面就會出現塑性裂縫，出現裂縫后，隨著混凝土內水分的進一步蒸發，裂縫會進一步加大，最后導致混凝土開裂。

2.2 溫差裂縫

大體積混凝土在施工澆筑階段也有可能產生裂縫，這主要是由于混凝土內部與外部之間的溫差所引起的，一方面大體積混凝土澆筑體積較大，內部產生熱量較多，無法第一時間排出，而外部的混凝土在快速凝固的過程中就會阻擋這種內部的應力，當混凝土內部的溫度產生的應力超過混凝土材料的抗拉強度極限時，就會產生裂縫。從裂縫的深度和分布的位置來看，主要有三種，即表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫。深層裂縫和貫穿裂縫的危害極大，尤其是貫穿裂縫切斷了結構表面，破壞了結構的整體性和穩定性，必要時必須進行化學灌漿處理，才能滿足設計使用要求。

2.3 安定性裂縫

水泥的安定性不合格的時候，混凝土表面會出現龜裂，所以水泥安定性不合格也是造成大體積混凝土裂縫的一個原因。

3 防止大體積混凝土開裂的主要技術措施

3.1 優化配合比設計

大體積混凝土不同于一般的混凝土材料結構，在大體積混凝土配合比設計中應該注意以下問題，可以有效防止大體積混凝土出現裂縫：1)采用低水膠比，對于C30混凝土水膠比最好不超過0.43，這是決定大體積混凝土具有良好性能的先決條件。水在混凝土中的作用一是與水泥中的成分硅酸三鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣發生水化反應，生成新的水硬性材料水泥石，水泥必須與水發生水化反應才能產生強度。如果水多了，也就是水膠比偏高，會對水泥石的強度和耐久性產生負面影響，原因是隨著水化反應的進行，拌合物中最初被水占據的空間逐步會被水化生成物填充，但如果用水量超過水泥用量的35%(重量比)(水灰比為0.35)時，水泥與水的水化生成物就不能將拌合水原來所占據的空間全部填充，隨著水分的蒸發，混凝土硬化后會留下許多孔隙，孔隙越多，混凝土的強度越低；2)在保證混凝土強度的前提下，將水泥用量降到最低，這個最低點是指能保障混凝土強度的前提下的水泥最少用量。如果水泥用量低于這個點，混凝土強度無法保證；如果水泥用量偏高，過多的水泥與水發生水化反應產生的熱量無法及時散出，混凝土內外溫差偏大，又會造成混凝土產生溫度裂縫，所以在保障強度的前提下的水泥最少用量是防止產生溫度裂縫的一個較好的措施；3)在混凝土中摻加粉煤灰，粉煤灰能減緩水泥水化的速度，降低混凝土水化反應導致的混凝土溫升，防止大體積混凝土因內外溫差過大出現裂縫；粉煤灰會和混凝土中的水化物氫氧化鈣發生化學反應，生成硅酸鈣，有利于提高混凝土的后期強度；粉煤灰可以填充骨料的孔隙并包裹他們形成潤滑層，有利于提高混凝土的工作性能；4)要合理的調整粗骨顆粒徑和顆粒級配，提高混凝土的密實性，降低混凝土的材料孔隙率，增加大體積混凝土的抗裂能力；5)在混凝土配合比設計時考慮添加礦物纖維，也可以增強混凝土的抗拉強度，防止混凝土硬化后因失水和溫度變化引起的裂縫。

3.2 選用合適的低水化熱的礦渣水泥

大體積混凝土的開裂問題主要是由于水泥水化放熱造成內部和外部形變量不同所導致的，可以說水泥是造成大體積混凝土開裂的一個重要因素。因此，為了降低大體積混凝土的開裂概率，應該盡量采用低水化熱的礦渣水泥，并最大限度的降低水泥用量。與此同時，摻雜必要的混凝土摻合材料，從而降低混凝土的凝結速率，有效減小澆筑和凝結過程中水化熱，降低混凝土的內外溫差，可以防止混凝土出現裂縫。

3.3 選擇合適的外加劑

實踐證明，大體積混凝土的內外溫差在10 ℃～15 ℃之間才能保證水泥不開裂，而實際施工中控制這一條件非常不容易，這就需要選擇合適的外加劑，可以使用高效減水劑來降低水的用量，防止混凝土因為硬化后失水而引起的收縮造成的裂縫；其次，可以摻入少量的膨脹劑使混凝土產生適度的微膨脹來補償收縮，減小開裂，提升水泥材料的整體硬度與強度。

3.4 加強混凝土的養護

混凝土澆筑后應該及時覆蓋濕的土工布進行灑水養護，防止混凝土表面失水過多引起塑性裂縫，加強混凝土養護不僅可以防止因為失水開裂，而且可以提高混凝土的強度。

4 結語

大體積混凝土的開裂問題一直是困擾工程行業的一項難題，本文系統介紹了大體積混凝土發生開裂問題的主要原因，并提出了應該從優化配合比設計原則、選擇合適的水泥以及外加劑和加強養護等四個方面著手，避免大體積混凝土開裂問題的產生，從而最大限度的保證工程質量，為企業創造更大的經濟價值。

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Discussion on crack control technology of mass concrete

Yan Yongjie

(Weifang 262115, China)

This paper introduced the concept of mass concrete, analyzed the main technical problems of mass concrete engineering, and according to the cracking mechanism of mass concrete, from the mix proportion design, cement selection, maintenance management and other aspects, put forward the technical measures to prevent mass concrete cracking.

mass concrete, cracking mechanism, mix proportion, cement

1009-6825(2017)08-0098-03

2017-01-06

閆永杰(1980- )，男，工程師,身份證號：370784198010163838

TU755

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