大体积混凝土裂缝产生原因及预防措施

李俊杰

（攀枝花十九冶集团工业开发有限公司防城港商品混凝土分公司，四川 攀枝花 538001）

1 大体积混凝土的定义

大体积混凝土是指一次性浇筑量很大的混凝土。正因为其一次性浇筑量大，常常需要采取相应措施来应对胶凝材料水化放出大量热量所造成的温差。GB50496—2009《大体积混凝土施工规范》中大体积混凝土定义为：混凝土结构物实体最小尺寸不小于 1m 的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。在大型项目施工中，这种大体积混凝土的浇筑通常一次浇筑量大，极易出现裂缝，如果不加以控制会产生严重的后果。

2 裂缝分类及产生的原因

大体积混凝土结构一般要求一次性整体连续浇筑。其产生裂缝的原因有很多种，裂缝的种类也较多，但主要分为两种，即收缩裂缝和温度裂缝。混凝土收缩裂缝包括塑性收缩裂缝、干燥收缩裂缝和自收缩裂缝。

2.1 塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝是在混凝土初凝后产生的裂缝。混凝土在初凝后失去了流动性，强度极低，但其初步结构已形成。如果在这一阶段混凝土自身失水过多，就会产生较大的塑性收缩，此时混凝土的强度还不足以抵抗这种收缩应力，从而出现塑性收缩裂缝。当施工环境风速大、气温高、湿度低时很容易出现这种裂缝。

塑性收缩裂缝通常形状不规则、较浅，出现在新浇筑构件的表面。混凝土早期失水是出现塑性收缩裂缝的根本原因，造成这种失水的原因有两个：一是由于混凝土浇筑后早期的养护不到位，风吹日晒，造成混凝土表面失水过快；二是模板或者垫层没有充分润湿也会使混凝土表面的失水过快。另外，在同等条件下，混凝土的凝结时间越长，其塑性收缩也将越大。

混凝土塑性收缩裂缝不仅会影响混凝土构件的外观质量，更重要的是会造成混凝土抗渗性能下降，会对混凝土结构的使用年限造成严重影响。因此，我们应在设计和施工过程中给予足够的重视。预防混凝土的塑性收缩的方法有：（1）加强早期的养护，做到混凝土浇筑后及时覆盖养护；（2）混凝土浇筑前充分润湿模板和垫层；（3）控制好混凝土的凝结时间，特别是初凝到终凝的时间。

2.2 干燥收缩裂缝

干燥收缩裂缝是由于混凝土的干燥收缩变形引起的。混凝土的单位用水量对干燥收缩的影响最大，在单位用水量相同的情况下，单位水泥用量或水灰比对于干燥收缩的影响相对较小。一般情况下，混凝土中集料的干燥收缩变形是很小的，因此混凝土的干燥收缩取决水泥石的干燥收缩。水泥的矿物组成中 C3A 含量较多干燥收缩大， SO3含量越多干燥收缩越小；同时水泥的比表面积越大，干燥收缩越大。所以大体积混凝土应优先选用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。另一方面干燥收缩与水分的蒸发有着较大关系，因此受周边环境相对湿度和温度的影响。相对湿度较低时，有比较大的干燥收缩，同样如果周边环境温度较高，水分蒸发速度快也出现较大的干燥收缩。干燥收缩裂缝的宽度多在0.05～0.2mm，多见于大体积混凝土的表面。干燥收缩裂缝会影响混凝土的抗渗性能，降低混凝土的耐久性，从而引发工程质量事故。

预防干燥收缩裂缝的最根本措施是：（1）减少混凝土水泥石的干燥收缩；（2）加强混凝土的养护。

2.3 自收缩裂缝

混凝土的自收缩主要发生在混凝土硬化后，混凝土的自收缩是由于水泥的水化反应而引起的，影响水泥水化的因素都会影响自收缩。其中水胶比对混凝土自收缩产生影响最大。水泥产生激烈反应时，水胶比越低自收缩则越大。水胶比极低时，被认为是干燥收缩的部分而实际上是自收缩。并且，混凝土即使处于水养护状态，随着龄期增加也会产生收缩。这是由于在混凝土的表面一边吸水，一边在混凝土内部进行自干燥。那么在哪种水泥中更容易发生这种自收缩呢？使用早强硅酸盐水泥时自收缩大，相反，在中热硅酸盐水泥中自收缩较小。这与水泥的矿物组成密切相关，矾土类矿物自收缩增大。预防混凝土自收缩的方法有：（1）使用水化热低的水泥；（2）使用部分矿物掺合料替代水泥。

2.4 温度裂缝

温度裂缝是指由于混凝土结构中的温度变化或温度分布不均匀而产生的裂缝。温度变化或温度不均匀性是由于施工所处的环境温度变化造成的，或者是由于混凝土中胶凝材料水化反应放出的水化热引起的。大体积混凝土从浇筑开始到浇筑完毕，水泥水化放出大量的水化热。由于混凝土体积量大产生的水化热不能及时散出，而聚集在混凝土内部，致使混凝土内部温度急剧上升。而与大气接触的混凝土表面散热较快，这就在混凝土实体上形成了较大的内外温差。内部温度高混凝土膨胀，表面温度低混凝土收缩，会在混凝土表面产生一定的拉应力，当产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会出现裂缝。导致温度裂缝的关键因素是混凝土构件内外的温差，因此，预防混凝土温度裂缝的关键在于降低混凝土中的温度梯度，保证混凝土中的温度分布趋于均衡，或者逐步地过渡。

3 大体积混凝土裂缝的控制措施

控制大体积混凝土裂缝可以从混凝土原材料的选择、合理的配合比、浇筑方法、养护条件四个方面着手。

3.1 优选混凝土原材料

（1）水泥的合理选择

优先选用自收缩小、水化热低的水泥。混凝土内部温差主要是由水化热产生的，为了减小温差就要尽量降低水化热，所以尽量使用早期水化热低的水泥。在大体积混凝土项目施工中一般采用中、低热硅酸盐水泥或者低热矿渣硅酸盐水泥。另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的比表面积减小，因为水泥的比表面积会影响水化放热速率，比表面积越大水化越快放热速率越快。

（2）使用矿粉与粉煤灰的双掺

混凝土中掺加矿粉和粉煤灰后可以显著降低混凝土早期的水化放热速度，这对于温差引起的裂缝控制很有利，而且还可以提高混凝土的抗渗性、耐久性和抑制混凝土的碱集料反应。粉煤灰和矿粉双掺又可以优势互补，粉煤灰的加入减少了由于矿粉的加入造成混凝土的泌水，同时矿粉又弥补了粉煤灰早期强度低的不足。

3.2 大体积混凝土配合比的确定

大体积混凝土配合比应符合下列规定：

（1）粗骨料宜为连续级配，最大粒径不宜小于31.5mm，含泥量不应大于 1.0%，细骨料宜用中砂，含泥量不应大于 3.0%。

（2）单位拌合用水量不宜大于 175kg/m3。

（3）水胶比不宜大于 0.50，砂率宜为 35%～42%。

（4）到浇筑面混凝土的实测坍落度不宜大于 160mm。

3.3 大体积混凝土浇筑方法

混凝土的浇筑过程中，要振捣密实，振捣时间和间距应均匀（以表明泛浆为宜），浇筑层厚度宜为 300～500mm，同时要保证上下层混凝土的连接，在下层混凝土初凝前浇筑上一层混凝土。浇筑完毕后，表面要压实、抹平，防止表面裂缝，并且应在混凝土初凝前进行浇筑面的二次抹压处理。混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于 50℃，浇筑体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃，混凝土浇筑体的降温速率不宜大于 2.0℃/d。

3.4 合理的养护

大体积混凝土应进行保温保湿养护。在每次混凝土浇筑完毕后，除应按普通混凝土进行常规养护外，尚应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，并应符合下列要求：

（1）在混凝土浇筑完毕初凝前，应立即进行喷雾养护工作。

（2）做好通水冷却工作，但是要注意冷却时间和速度。

（3）保温覆盖层的拆除应分层逐步进行，当混凝土表面温度与环境最大温差小于 20℃ 时，方可全部拆除。

（4）应专人负责保温养护工作，同时做好测试记录。

（5）保湿养护的持续时间不得少于 14d，并应经常检查塑料薄膜或养护剂涂层的完整情况，保持混凝土表面湿润。

4 结语

随着混凝土建筑的大型化和大型快速施工的增多，一次性浇筑的混凝土量也越来越大，对混凝土结构的整体性和裂缝控制的要求和难度也在增大。大体积混凝土开裂是目前建筑行业普遍存在的难题，通过以上总结分析可知，既要从原材料的源头上控制，又要在施工中预防混凝土浇筑后温升阶段的早期开裂，还要减少混凝土散热冷却过程中产生的应力造成的开裂。所以在混凝土浇筑前要充分考虑各种因素，选用质量合格的原材料、严格控制混凝土的质量、运用适当的浇筑方法、最后加上正确的养护以预防大体积混凝土裂缝的形成和发展。

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