大体积混凝土裂缝的成因及预防的介绍

　　大体积混凝土的温度控制和温度应力控制非常重要，在施工过程中，虽然小心谨慎，采取了各种防范处理措施，但仍无法避免裂缝的出现。裂缝的出现不仅影响美观，而且影响结构的整体性、抗渗性、抗冻性和耐久性。
　　1 大体积混凝土概念
　　目前，关于大体积混凝土的定义，国内尚无一个确切的定义。但基本达成一个共识，即当结构的尺寸已经大到必须采取相应技术措施，解决水化热及随之引起的体积变形问题，以便最大限度地减少开裂影响的混凝土称为大体积混凝土。其中，我国《公路工程国内招投标文件范本》规定，混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于1.0m的部分所用的混凝土简称为大体积混凝土。大体积混凝土裂缝产生的原因可以分为两类：①结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括结构计算中主要应力以及次应力造成的受力裂缝；②材料型裂缝，主要是由温度应力和混凝土收缩引起的。对于大体积混凝土，施工周期较长，其裂缝一般是在混凝土浇注短期内形成，此时设计荷载尚未作用于结构上，因此，对于大体积混凝土由外荷载引起裂缝的可能性很小。
　　2 大体积混凝土裂缝产生的主要原因
　　2.1水泥水化热影响产生的裂缝
　　混凝土浇筑后，水泥水化产生大量的水化热(当水泥用量在350kg/m3~550kg/m3时，每立方米混凝土将释放出17500kJ~27500kJ的热量，混凝土内部的最高温度大多发生在浇筑后的7d左右)，使混凝土内部温度迅速上升，由于混凝土是热的不良导体，内部散热条件较差，热量不易散发，其温度上升较高，混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，其温度上升较小；混凝土内部温度高、表面温度低，形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。现在，一般认为当由水化热引起混凝土内部最高温度与外界温度之差大于25℃时，就会在混凝土表面产生温度裂缝。
　　2.2 混凝土收缩引起的裂缝
　　混凝土的收缩有很多种，包括干燥收缩、塑性收缩、自身收缩、碳化收缩等。常见的混凝土裂缝多是由塑性收缩和干燥收缩引起的。塑性收缩是指混凝土未凝结硬化前，还处于塑性状态时，水分从混凝土表面蒸发损失，导致的混凝土体积发生的收缩。当水泥活性大、水灰比较低，或混凝土温度较高的条件下会加剧开裂，因为此时混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍微受到一点拉力，混凝土表面就会出现不均匀的裂缝，出现裂缝后，混凝土体内的水分蒸发进一步加大，于是裂缝进一步扩展。干燥收缩是指混凝土硬化后，环境湿度低于混凝土内部湿度，则混凝土水分会从内向外迁移，在表面蒸发损失，引起体积收缩。
　　3 大体积裂缝的预防
　　对于大体积混凝土结构物。其裂缝的产生一般是不可避免的，重要的是如何把裂缝控制在规范允许的范围之内。我国《混凝土结构设计规范》对钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度就有明确的规定：露天或室内高湿度环境下为0.2mm，室内正常环境下一般构件为0.3mm。造成大体积混凝土裂缝的主要原因是温度应力和混凝土收缩变形，因此要进行有效的控制，就必须从控制混凝土温度应力和减少混凝土收缩变形两个方面着手，采取综合防治措施，才能保证混凝土的施工质量，控制混凝土裂缝在正常的范围内。
　　3.1 合理选择水泥并控制其用量
　　试验表明,水泥水化释放热量的大小及速度取决于水泥内矿物成分，大体积混凝土应尽量选用放热量小的硅酸盐水泥、火山灰水泥和矿渣硅酸盐水泥，并严格控制每立方米混凝土水泥用量不超过400kg；同时，在满足设计和施工要求的前提下，也可在混凝土中掺一定量的粉煤灰替代水泥，在降低水化热时也可改善混凝土的和易性，有利于泵送混凝土的施工。此外，因为大体积混凝土施工工期一般较长,不可能在短期内施加设计荷载，可将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟到56d或更长，这样可以充分利用混凝土的后期强度，减少水泥用量，降低水化热。
3.2严格控制骨料级配和含泥量
　　粗骨料应采用较大粒径的连续级配。粒径大，表面积相对减小，则包裹粗骨料所需的水泥砂浆将减少，从而可以减少用水量，减少水化热，同时可减小混凝土的收缩和泌水。但是，粗骨料粒径增大后，也容易引起离析现象。粗骨料一般选用10mm~40mm连续级配碎石。
　　细骨料宜采用中、粗砂，细度模数宜控制在2.6~2.9。大体积混凝土施工时，多采用泵送混凝土，为了提高混凝土的可泵性，在配合比设计时，可适当提高砂率；但砂率不能过大，否则将降低混凝土的强度。
　　粘土，淤泥对混凝土的强度、干缩、抗渗、抗冻和耐磨性等都产生不利影响，尤其增大混凝土的干缩，对混凝土的抗裂极为不利。严格控制碎石含泥量不超过1%，砂含泥量不超过3%；同时砂石中不得混有有机质等杂物。
　　3.3 控制水灰比和掺外加剂
　　满足设计要求的前提下，适当增大水灰比可减少水化热，宜将水灰比控制在0.5~0.55之内。掺用外加剂，可改善混凝土的和易性，延缓混凝土的初凝时间,使混凝土初凝时间延长到5h左右,从而延长混凝土的放热时间。
　　3.4 改善约束条件
　　如果混凝土变形不受限制，则不会产生裂缝。根据工程不同特点，采取不同措施，降低外部约束力，以减小裂缝产生的机会。一般在大体积混凝土基础底板下设置滑动垫层(如铺一层油毡隔离层)，以降低混凝土底板与垫层之间的约束力。
　　3.5 减少水泥用量，节约费用
　　在大体积混凝土中心区域抛掷一定数量的毛石,不但可以减少水泥用量，减少水化热，节约费用；同时还可以吸收一部分水化热。
　　3.6 施工中根据气候不同，采用不同的施工方法，以降低大体积混凝土内表面和部之间的温差
　　夏季主要用降温法施工，给骨料搭凉棚，并喷水降温，掺冷水搅拌，用冷水养护或采用覆盖材料养护；冬季采用保温法施工，可按冬季施工方法进行。
　　3.7 加强温度监测
　　大体积混凝土浇筑后，应随时摸清混凝土内部不同深度处温度的升或降的变化规律，以便有的放矢的采取相应的技术措施，确保混凝土不产生过大的温度应力。测温次数的确定：混凝土浇筑后，升温阶段每2h测试一次，降温阶段每6h测试一次，并同时测定环境温度，直至温度稳定为止。对测出的数据应及时整理和分析,当温差超过25℃时，应在在混凝土表面采取加温养护措施。
　　3.8加强混凝土的养护
　　混凝土浇筑完毕后，应按施工技术方案及时采取有效的养护措施，浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态。如混凝土采用塑料布覆盖养护，其敞露的表面应覆盖严密，并应保持塑料布内有凝结水。
　　4 结束语
　　大体积混凝土的裂缝破坏了结构的整体性、防水性、耐久性，危害严重,必须加以控制。实践证明，在优化配合比设计、做好温度监测工作、改善施工工艺、提高施工质量及加强养护等方面采取有效技术措施，可以较好的控制裂缝的产生和发展。对于混凝土裂缝，应以预防为主。为此，需要精心设计、施工，并根据实际采取有效措施，才能使工程质量得到很好的保证。