大體積混凝土防裂技術的研究

張涵奕

中國水電建設集團十五工程局有限公司 陜西西安 710065

大體積混凝土構件裂縫仍然不可避免，且受到多方面因素影響，混凝土應力、溫差等關系較為復雜，因此很難對混凝土裂縫的發生做出預判[1]。但隨著施工工藝、設計、材料的不斷更新，現已初步掌握混凝土構件裂縫的發生原因，并采取合理、有效的措施予以解決，從而使混凝土裂縫問題逐漸好轉。

1 大體積混凝土施工裂縫成因分析

1.1 沉降裂縫

建筑物沉降將會產生一定應力，若沉降不均勻則會導致混凝土構件產生剪應力和拉應力，從而促使沉降裂縫產生，使其彎曲、變形。通過總結大量施工經驗可知，導致這一問題的主要因素有以下幾個方面。一是建筑物地基邊坡收到破壞，位于陡坡邊緣，且與地面高度差較大，因此容易出現貫穿性裂縫和深層裂縫，對建筑體具有較為嚴重的危害。二是基地為雜填土、淤泥，荷載量較大，強度低，容易產生沉降裂痕。三是地基土質程度不一，分布不均勻，地基下有暗溝、軟土層。

1.2 材料引起的裂縫

粗細骨料、水泥質量不好使導致混凝土裂縫的主要原因，在混凝土構件施工過程中，一些活性骨料可能與堿骨料產生化學反應，從而對混凝土構件質量造成負面影響，例如混凝土疏松或膨脹等，從而給后續施工遺留隱患，導致混凝土構件承載能力降低、剛度和空氣穩定性較差。同時揚壓力、自重、水泥壓力也是導致混凝土裂縫的重要原因。

1.3 混凝土內外溫差過大

大體積混凝土具有結構斷面厚、表面系數較小等特點，因此在澆筑過程中產生的熱量不容易散發，若環境溫度過低或未采取相應的保溫措施，將會導致混凝土內外溫差過大，從而產生裂縫。主要原因有以下幾方面：一是混凝土構件澆筑后養護、保溫措施不恰當；二是混凝土構件分段、分層過于厚重；三是環境溫度過低，水泥水化熱過大。

1.4 塑性收縮裂縫

混凝土處于塑性狀態，即未凝結、硬化前，由于水分蒸發等因素影響，容易出現塑性收縮裂縫，這種裂縫深度不大，大多出現在混凝土構件表面，在大風天或干熱狀態下發生幾率較大，裂縫長度約為20cm，寬度約為1-5mm，具有兩端長短不一、形狀互不連貫等特點。因此混凝土構件容易出現塑性沉降收縮、早期自收縮，最終導致裂縫出現。

2 大體積混凝土防裂技術

大體積混凝土裂縫控制與結構設計、材料選擇、施工工藝等多個環節相關，其中選擇抗裂性較好的混凝土是控制裂縫的重要途徑。本技術主要是從混凝土材料角度出發，通過原材料選擇、配比設計、試驗比選等選擇抗裂性較好的混凝土，并提及施工中需采取的一些技術措施等[2]。

2.1 設計階段要提前做好預防工作

在設計階段，施工單位就應多加關注大體積混凝土在施工過程中易出現裂縫的環節及相關位置，比如建筑物深基礎和淺基礎相交的位置就比較容易發生此類問題。另外，在開展大體積混凝土鋼筋部分的構件設計時，出于大幅減少大體積混凝土裂縫的考慮，施工單位既應保證維持大體積混凝土的配筋率，又應最大程度上縮短鋼筋間距，降低直徑。

2.2 材料選擇要科學配比，注重質量

（1）水泥。若欲減少由于大體積混凝土溫度不同而造成的裂縫，就應選取水化熱不高的水泥，比如礦渣及粉煤灰水泥等。微膨脹性水泥可以減弱大體積混凝土由于本身溫差而引發的預應力。原因是微膨脹性水泥存在一些膨脹性能，在水泥出現水化反應時，水泥的內部會出現相應強度的預壓應力，可以很好地將大體積混凝土里的溫度預應力抵消掉，進而大體積混凝土就增強了其抗裂能力。水泥的進場溫度不宜高于60℃；不使用溫度大于60℃的水泥拌制混凝土。

（2）添加外加劑。添加緩凝型高效減水劑及抗裂纖維膨脹劑，可以改進大體積混凝土的開裂狀況。添加此類外加劑對預防大體積混凝土裂縫具有如下作用：其一，緩凝型高效減水劑可有效推遲大體積混凝土最大熱量的釋放時間，當大體積混凝土強度增強之后，其內部再釋放最大熱量，這時產生裂縫的概率就不高了；其二，緩凝劑可以成功減少水灰比及水化熱，進而提升混凝土的強度，以更深層次地預防混凝土裂縫，成功改進混凝土的和易性。大體積混凝土在硬化時，通過本身的化學反應或者同其他水泥成分間的化學反應，抗裂纖維膨脹劑可以成功改善混凝土的收縮問題，通過膨脹結晶體對混凝土間隙加以填充，可以將大體積混凝土孔結構加以變化，提升大體積混凝土的抗滲能力與力學性能。采用聚羧酸系高性能減水劑，并根據不同季節、不同施工工藝分別選用標準型、緩凝型或防凍型產品。高性能減水劑引入混凝土中的堿含量（以Na2O+0.658K2O 計）應小于0.3kg/m3；引入混凝土中的氯離子含量應小于0.02kg/m3；引入混凝土中的硫酸鹽含量（以Na2SO4計）應小于0.2kg/m3。

（3）摻入摻合料。在水泥里摻入摻合料，通常有兩個目的：其一，摻合料里存在許多硅氧化物和活性鋁，它們可以同水化產物進行二次反應，進而成功減輕由于水化熱而導致的膨脹，增加大體積混凝土強度。其二，摻合料有著細小的顆粒，將其摻入混凝土里，可以成功改進混凝土里的毛細孔結構，讓孔隙率大幅下降，使得其里面的孔結構得到科學、細密的分布，從而大幅提升混凝土的抗滲性和耐久性。粉煤灰的級別不應低于Ⅱ級，且粉煤灰的需水量比不大于100%，燒失量小于5%。礦渣粉的比表面積應小于450m2/kg，流動性比應大于95%，28d 活性指數不宜小于95%。

2.3 配合比要求

在選取骨料時，要選擇較大粒徑、較好級配的石子，這種石子一方面可以成功降低使用的水泥量，弱化水化熱的不良作用，另一方面亦可成功預防混凝土裂縫，所以在選擇時，應嚴格把控，保證骨料的品質。另外，嚴格把控骨料的泥含量，禁止應用海砂，選擇清潔的水源，這些措施均可成功防范大體積混凝土的裂縫問題。主要措施為：

（1）混凝土配合比應根據原材料品質、混凝土強度等級、混凝土耐久性以及施工工藝對工作性的要求，通過計算、試配、調整等步驟選定。

（2）混凝土最小膠凝材料用量不低于300kg/m3，其中最低水泥用量不低于220kg/m3配制防水混凝土時最低水泥用量不宜低于260kg/m3。混凝土最大水膠比不應大于0.45。

（3）單獨采用粉煤灰作為摻合料時，混凝土中粉煤灰摻量占膠凝材料總量根據試驗確定。

（4）采用礦渣粉作為摻合料時，采用礦渣粉和粉煤灰復合技術。摻合料總量占膠凝材料總量根據試驗確定。

2.4 施工要求

在鋼筋施工期間，第一，施工單位應設計構造筋，將配筋的直徑與間距管控于科學的區間之內；第二，應保證混凝土的總配筋量，結合施工的實際狀況，不宜過少；第三，對于混凝土邊沿那些易出現裂縫的位置應實施一些鞏固性措施，比方將暗梁增多，加大配筋率，杜絕由于應力過于集中而引發結構上的突然變化。采取措施如下：

（1）大體積混凝土施工前，宜對施工階段混凝土澆筑體的溫度、溫度應力及收縮應力進行計算，確定施工階段混凝土澆筑體的溫升峰值，里表溫差及降溫速率的控制指標，制定相應的溫控的技術措施。

（2）超大體積混凝土施工，應按設計要求留置變形縫，當設計無規定時，采用下列方法：后澆帶施工：后澆帶的設置和施工應符合現行國家有關規范的規定；跳倉法施工：底板分段長度不宜大于40m，側墻和頂板分段長度不宜大于16m。跳倉間隔施工的時間不宜小于7d，跳倉接縫處按施工縫的要求設置和處理。

（3）在高溫季節澆筑混凝土時，混凝土入模溫度小于30℃，避免模板和新澆筑的混凝土直接受陽光照射。混凝土入模前模板和鋼筋的溫度以及附近的局部氣溫均不超過40℃。混凝土成型后應及時覆蓋，并盡可能避開炎熱的白天澆筑混凝土。

（4）在相對濕度較小、風速較大的環境下澆筑混凝土時，采取適當擋風措施，防止混凝土失水過快，此時應避免澆筑有較大暴露面積的構建。雨期施工時，必須有防雨措施。

（5）混凝土養護期間注意采取保溫措施，防止混凝土表面溫度受環境因素影響（如暴曬、氣溫驟降等）而發生劇烈變化。養護期間混凝土澆筑體的里表溫度不宜超過25℃、混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜超過20℃。大體積混凝土施工前制定嚴格的養護方案，控制混凝土內外溫差滿足設計要求。

（6）混凝土的拆模時間需考慮拆模時的混凝土強度外，還應考慮到拆模時的混凝土溫度不能過高。混凝土內部開始降溫以前,大風或氣溫急劇變化時不宜拆模。在炎熱和大風干燥季節，應采取逐段拆模、邊拆邊蓋的拆模工藝。

3 結語

大體積混凝土是建筑工程施工的重要組成部分，直接關系到結構的穩定性，因此要提高重視程度[3]。目前大體積混凝土施工技術已經被普遍應用，并且取得了良好成效，但是存在著一些問題，對質量會產生不利影響。為了改善面臨的情況，要抓住施工技術要點，不斷強化質量意識，提高建筑工程質量，確保達到建設標準。