大体积混凝土裂缝成因及其控制

大体积混凝土的裂缝成因及其控制

一、大体积混凝土的定义

对于大体积混凝土，我国资深结构专家王铁梦定义为：凡是有温度控制裂缝要求的混凝土，都叫大体积混凝土。日本专家认为：结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起的混凝土内部最高温度与外界气温之差超过25℃的混凝土称为大体积混凝土。美国混凝土学会定义如下：任何就地浇注的混凝土，其尺寸大到必须要求采取解决水泥水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度地减少开裂，即称之为大体积混凝土。

二、混凝土内的温度变化分析

大体积混凝土内部的最高温度，在绝热的条件下是混凝土浇注温度与水泥水化热的总和，但在实际施工中，由于混凝土结构与环境并非完全绝热状态，与外界气温存在温差，所以，新浇注的混凝土与周围大气之间会发生热交换，这样，大体积混凝土内部的最高温度是由浇注温度、水泥水化热引起的温度升高和混凝土散热温度3部分组成的，在这3部分中，由水泥水化热引起的温升是主要因素，当气温为15～20℃时，水泥水化热在初期升温阶段约占总温度的65%～70%。因此，有效地减少水泥水化热引起的温升值，是控制大体积混凝土温度的关键。

三、温度对大体积混凝土的影响

大体积混凝土与环境气温之差超过一定限度就会开裂。大体积混凝土在施工阶段之所以产生温度裂缝，一方面是混凝土由于内外温差过大而产生温度应力和变形，另一方面是结构内外的约束阻止这种变形，一旦温度应力超过约束力，混凝土便会出现裂缝，其结果将严重影响混凝土结构的使用，甚至使之严重破坏。

四、大体积混凝土裂缝的控制

裂缝严重影响了大体积混凝土的结构性能，因此，必须对之严加控制，避免裂缝的产生，本人在施工中，积累了一些防止大体积混凝土开裂的经验，现作一介绍。为便于说明，本文以梨温高速公路双峰中桥重力式桥台为例，对于采取的防裂措施作具体阐述。

梨温高速公路双峰中桥桥台设计为重力式，每个桥台基础长49.6米，宽

4.35米，高1.6米，混凝土强度为C20。在该桥混凝土基础的施工中，采取了以温升控制为主，结合工艺改进的措施，具体情况如下：

五、温升控制 根据产生温升的原因，我们采取了针对性的措施，主要有：

1、选择合理的混凝土配合比

选择合理的配合比的最终目的是尽量减少水泥用量，采取的措施主要有：

（1）选用收缩量较小的水泥，一般采用中低热水泥如矿渣水泥和粉煤灰水泥等。

（2）严格控制水泥用量 这也是控制水泥水化热量的一项措施。原则是，在平均强度、强度保证率和耐久方面满足设计要求的前提下，把水泥用量降低到最低程度。我们选用的水泥用量为260～300kg/m3。

（3）严格控制水灰比和砂率 一般情况下，大体积混凝土的水灰比应控制在0.6以下，如果将混凝土碎石粒径控制在10～30mm范围内，则水灰比应控制在0.47左右。本桥基础施工中，我们把碎石粒径控制在15～40mm，水灰比控制在0.35～0.40之间，选用细度模量为2.9～3.1的中粗砂，并把砂率控制在0.30～0.35之间，这样每m3混凝土的水泥用量可减少40～50kg。

（4）骨料控制 在满足混凝土结构要求的前提下，使用15～40mm粒径的

碎石比用10～30mm粒径的碎石，每m3可减少用水量10kg左右；另外，细骨料中的含泥量不仅影响混凝土的强度，而且对混凝土的收缩量影响很大，严重影响了其抗裂性能，因此，在施工中对骨料的含泥量进行严格控制，并严格选择料源。

（5）严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比，混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量。

2、控制混凝土的温度

严格控制混凝土出机温度、浇注温度和覆盖时间，在混凝土中，石子所占的比重达80%，而水只占15%～20%，但其比热较大，因此，对混凝土温度影响最大的是石子和水的温度，其次是砂温，因此在夏季施工中必须有效地降低拌合物的出机温度。降低出机温度最有效的办法是降低石子和水的温度，对此，宜采用了水浇和过筛降温、加防护伞防晒。在施工阶段采取分层浇注、循序前进的浇注方法，使先后浇注的混凝土承压变化点减到最少，承压变化的时候

间隔最短，并及时覆盖以减少混凝土的热量损失。结果表明，只要把混凝土内外温差控制在25℃以下，大体积混凝土就不会产生早期裂缝。

3、保温措施

在升温初期阶段，大体积混凝土内部结构物中心温度最高，从中心向表面逐渐降低；随着龄期的增长，最后与外界气温平衡。因温度应力与温差成正变化，裂缝的产生与温升的速度有直接关系，特别在温度下降、混凝土收缩时对结构物最为不利。因此可以认为，控制温升速度是防止混凝土裂缝的重要措施。因此加强混凝土的早期养护相当重要。对此，我们采用了在已浇注好的大体积混凝土表面隔层加盖2层草袋和2层塑料膜的办法，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。 既起到保温和隔温作用，又可以保湿养生。

4、混凝土表面加强措施

混凝土内部的最高温度随结构物厚度的增大而增高，因此较厚的混凝土结实

表面容易开裂。为防止表面开裂而引发深层混凝土的开裂，我们在刚浇完的混凝土表面均匀撒一层粒径为1～3cm的石子，用铁抹压入混凝土面，使之成为表面砂浆层的骨料。这样做的好处，一是可以补充混凝土表面砂浆层的骨料，使之与深层混凝土结构趋于一致，二是可以人工协助混凝土的沉实过程，使混凝土表面得到充分地压实。这项工作要在混凝土初凝前完成。

5、尽量减少外界约束

由于混凝土内外降温的速率不同，如果混凝土变形时受到约束，就会产生温度应力，特别是外界约束。结构变形时产生的最大应力小于材料的抗拉强度时，结构的伸缩缝间距为无穷大，相反，当最大压力超过材料的抗拉强度时，无论结构尺寸多短，也会产生裂缝。若外界约束过大则可能引起深层开裂，所以采取减小外界约束的措施：在保护层底板之间加滑石粉来减小滑动阻力，以减小外力约束。

六、大体积混凝土冬季施工控制措施

大体积混凝土一般不宜在负温下施工，混凝土的入模温度宜通过计算确定，但不能过低，过低则无法满足风外温差小于20～25℃的要求。混凝土表面开裂易发生在浇筑初期，而初期的表面温度骤降是引起裂缝的主要外因，故在整个施工过程中采取了严格控制温度骤降措施：在混凝土表面覆盖2层塑料膜和2层草袋适当延长混凝土保温覆盖时间（达到持续保温30天左右），在低温下施工还掺入高效防冻剂。。实践结果表明，只要措施得力，在体积混凝土在较低温度下施工，同样可以有效地防止开裂。

七、结束语

大体积混凝土裂缝首先应把预防控制工作放在首位。但是，一旦产生了裂缝

就应当分析裂缝产生的原因以及其对结构产生的影响，并予以必要的处理加固措施。对裂缝简单的处理建议如下：

1、表面修补法 ：表面修补法主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面灌涂水泥浆、环氧胶泥。

2、灌浆、嵌缝封堵法： 灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

嵌缝法是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。