摘要：大体积混凝土结构物施工技术难度大，容易引发许多影响使用安全的质量隐患。本文总结了大体积混凝土裂缝的种类，分析了裂缝形成原因，并提出了控制措施。
关键词：大体积混凝土 裂缝 预防
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
近年来, 随着国民经济和公路建设的高速发展, 大体积混凝土在桥梁结构中得到了广泛应用。但是, 在施工过程中, 由于水泥的水化热作用, 混凝土在浇筑后需要经历升温、降温和稳定期三个阶段。大体积混凝土, 升温时内表温差过大, 极易造成表面裂缝; 而降温速率过快时, 则会引起混凝土内部温差过大, 而出现贯穿性裂缝。裂缝一旦形成,特别是重要的结构部位出现贯穿裂缝, 危害极大,不仅会降低结构的耐久性, 削弱构件的承载力, 而且还可能危害到构造物的安全。因此裂缝问题已成为大体积混凝土结构的重要研究课题, 探讨大体积混凝土裂缝产生的原因和机理, 并在此基础上提出合理的防治措施,对保证混凝土结构正常、安全有重要的意义。
一、 大体积混凝土裂缝的种类与成因
1、收缩裂缝
混凝土在空气中硬结时，体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土的收缩会使其出现收缩裂缝。影响混凝土收缩的主要因素是混凝土中水和水泥的用量，水和水泥的用量越大，混凝土的收缩就越大。当混凝土的这种自发变形受到外部约束时（如，支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使混凝土开裂。混凝土的收缩裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等3种。在硬化初期主要是水泥在水化凝固硬结过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。这里主要介绍干燥收缩和塑性收缩的两种自身收缩情况
(1) 干燥收缩
混凝土硬化后, 在干燥的环境下, 混凝土内部的水分不断向外散失, 引起混凝土由外向内的干缩变形裂缝。
(2) 塑性收缩
在水泥活性大、混凝土温度较高, 或在水灰比较低的条件下会加剧引起开裂。因为这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, 混凝土的表面就会出现分布不均匀的裂缝, 出现裂缝以后, 混凝土体内的水分蒸发进一步加大,于是裂缝进一步扩展。
收缩裂缝的特点是大部分属表层裂缝, 裂缝宽度较细, 且纵横交错, 成龟网状, 形状无规律。
2、温度裂缝
混凝土具有热胀冷缩性质, 当外部环境或结构内部温度发生变化, 混凝土将发生变形, 若变形遭到约束, 则在结构内将产生应力, 当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。大体积混凝土的温度裂缝产生原因主要有两个方面:一是混凝土的内部因素, 主要是由水化热引起的内外温差; 二是混凝土的外部因素, 主要是结构的外部约束和混凝土各质点间的约束, 阻止混凝土收缩变形, 从而产生温度应力, 一旦温度应力超过混凝土所能承受的极限抗拉强度时, 即会出现温度裂缝。
（1）水化热导致混凝土开裂
水泥在水化时释放大量的热量。大体积混凝土在浇注后, 大量的水化热积聚在混凝土的内部, 由于混凝土是热的不良导体, 聚集在混凝土内部的热量很难散发出去, 导致混凝土内部温度的显著升高。大体积混凝土内部的最高温度多发生在混凝土浇筑后最初的3～5d, 峰值为60℃～65℃, 有的甚至高达80℃。较大的温度变化和差异使混凝土产生温度变形, 由于混凝土中骨料和水泥砂浆热膨胀系数的不同, 就会在骨料和水泥砂浆之间产生温度应力。根据弹塑性力学可知, 骨料和砂浆的最大应力发生在二者之间的界面上, 由于骨料与水泥砂浆之
间的界面是大体积混凝土中最薄弱的环节, 因此当温度应力超过混凝土界面的抗拉强度时, 界面就会出现微裂纹, 因此, 水化热是混凝土开裂的主要内因。
（2）约束导致混凝土开裂
大体积混凝土的约束主要可以分为内部约束和外部约束两种。内部约束主要是在大体积混凝土温升的过程中形成, 产生温升裂缝; 外部约束主要是在温降的过程中形成, 产生温降裂缝。
三、大体积混凝土裂缝控制措施
1、选择合适的水泥
理论研究表明，大体积混凝土产生裂缝的主要原因是水泥水化过程中释放的大量热量。因此，在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的矿渣硅酸盐水泥或火山灰水泥。
2、减少水泥用量。大体积混凝土的强度等级不宜高。设计强度过高，水泥用量过大，必然造成水泥水化热过高，混凝土块体内温度过高而造成温度应力，最终导致裂缝。
3、骨料。应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料，强调骨料的连续级配。其中砂石的含泥量对于混凝土抗拉强度具有较强的影响，控制失当可能导致结构严重开裂，因此砂的含泥量应≤2%，石的含泥量应≤1%；掺加≤混凝土体积25%的粗骨料，将块石最大粒径限制在150～250mm范围内，不仅可相应降低用水量、泌水量与混凝土收缩作用，也能通过减少水泥用量达到减少水泥水化热的作用，且石块本身具有较高的吸收发热量的功能，可以有效地控制混凝土的温升。
4、选择适当外加剂。可根据设计要求，混凝土中掺加一定用量外加剂，如防水剂、 膨胀剂、 减水剂、 缓凝剂等外加剂。 外加剂中糖钙能提高混凝土的和易性，使用水量减少 20％左右，水灰比可控制在 0.55 以下，初凝延长到 5h 左右。
5、混凝土温度控制。应严格控制混凝土入模温度。入模温度的高低与出机温度密切相关，同时，还受运输工具、运距、转运次数、施工气候等因素的影响。在温度较高的情况下进行施工时，对露天堆放在施工现场的砂石应用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时，用冷水对浇筑前的砂石降温，并在搅拌过程中向混凝土中添加冰水。如果在冬季进行施工，为了防止早期混凝土被冻结，浇筑时应该具有较高的浇筑温度，在浇筑混凝土前，应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热，并视气温高低对原材料进行加热。
6、采用切实可行的施工工艺。根据泵送大体积混凝土的特点，采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶” 的方法。这种自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能较好地适应泵送工艺，避免混凝土输送管道经常拆除、冲洗和接长， 从而提高泵送效率， 简化混凝土的泌水处理， 保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。 根据混凝土泵送时自然形成一个坡度的实际情况， 在每个浇筑带的前后布置两道振动器， 第一道布置在混凝土出料口， 主要解决上部混凝土的振实； 由于底层钢筋间距较密，第二道布置在混凝土坡脚处，以确保下部混凝土密实。
7、加强技术管理加强原材料的检验、 试验工作施工中严格按照方案及交底的要求指导施工， 明确分工， 责任到人。 加强计量监测工作， 定时检查并做好详细记录， 认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝， 并采取措施加以杜绝。在变截面施工前，一定要加强预测，并保证预测的科学性。同时在实施过程中，要切实落实施工方案。
8、加强后期养护。养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。主要目的是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土的内外温差，促进强度的正常发展及防止裂缝的产生。从浇筑完成到终凝这段时间的养护十分重要。混凝土浇筑完毕后，在其顶面及时加以覆盖，要求覆盖严密，并经常检查覆盖保湿效果。其主要作用有两点：一是蓄水保温，防止表面水分蒸发、抵抗太阳辐射和预防刮风时温度骤变；二是保持内外温差的稳定。
对于混凝土裂缝，应以预防为主，为此需要精心设计、施工．掌握住它的基本知识，并根据实际采取有较措施，会使施工质量得到很好的保证。经过多年工程施工实践证明，优化配合比没计。改善施工工艺，提高施工质量．做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施，坚持严谨的施工组织管理，完全可以控制大体积混凝土温度裂缝和施工裂缝的发生。
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