大体积混凝土裂缝控制技术探讨

闫 永 杰

(山东 潍坊 262115)



大体积混凝土裂缝控制技术探讨

闫 永 杰

(山东 潍坊 262115)

介绍了大体积混凝土的概念，分析了大体积混凝土工程面临的主要技术难题，并根据大体积混凝土的开裂机理，从配合比设计、水泥选择、养护管理等方面，提出了防止大体积混凝土开裂的技术措施。

大体积混凝土，开裂机理，配合比，水泥

0 引言

随着国家经济的发展，大体积混凝土工程日益增多，大体积混凝土的裂缝控制问题是施工中经常遇到的一个问题。导致大体积混凝土出现裂缝的原因较多，具体包括温差裂缝、收缩裂缝和安定性裂缝，大体积混凝土的裂缝为工程质量带来严重隐患。因此，大体积混凝土施工中应严格控制裂缝产生和发展，以保证工程质量。

1 大体积混凝土概述

1.1 大体积混凝土的概念

关于大体积混凝土的概念，根据我国《大体积混凝土施工规范》对大体积混凝土的定义是：混凝土结构实体最小几何尺寸不小于1 m的大体量混凝土或者因混凝土中胶凝材料水化反应引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，所以大体积混凝土不是以混凝土连续浇筑的量,而是混凝土结构实体最小几何尺寸或可能温度变化和收缩而导致混凝土有害裂缝确定的，大体积混凝土被广泛应用于大型的工程中，但是其开裂问题是一个普遍的技术性难题。

1.2 大体积混凝土面临的主要技术难题

1)施工难度大。大体积混凝土使用的混凝土方量大，结构物或是构件体积庞大，这就决定了其施工难度大，同时对混凝土的整体质量提出了更高的要求；2)对裂缝的控制要求高。大体积混凝土被广泛应用在坝体、防爆厂房以及桥梁基础等结构中，除了对强度提出了较高要求之外，还对其体积稳定性、抗渗性、抗裂性等性能提出了更高的要求，这就使得裂缝的控制问题成为大体积混凝土质量控制的关键；3)体积大，变形量大，形变难以控制。由于大体积混凝土具有尺寸大、水化热散发困难的特点，在浇筑完成后容易出现巨大的内外温差，同时在冷却的过程中容易产生巨大的收缩，使得混凝土中容易出现严重的贯穿性裂缝，严重影响了大体积混凝土的整体稳定性和质量。

2 大体积混凝土的开裂机理分析

2.1 收缩裂缝

混凝土中的水泥水化时会消耗水分，消耗水分后胶凝孔的液面下降会形成弯月面，这就是混凝土的自干燥作用，混凝土的自干燥作用使混凝土内的相对湿度降低和体积减小而导致混凝土自身收缩，当水灰比较大时，特别是大于0.5时，混凝土的自收缩与干燥收缩相比可以忽略；但是当水胶比较小时，特别是小于0.35时，混凝土内的相对湿度会降低较快，这时混凝土的自收缩与干缩的比例各占50%。大体积混凝土随着水化反应导致水分的减少和水分的蒸发，必然会导致体积收缩，这种收缩如果受到外界的约束，就会产生收缩应力，当收缩应力超过混凝土的极限抗拉强度，就会产生收缩裂缝。

塑性收缩也会导致出现大体积混凝土裂缝，当混凝土的水胶比较小时，混凝土中的水分较少，当混凝土表面的水分蒸发后得不到有效补充时，混凝土表面就会出现塑性裂缝，出现裂缝后，随着混凝土内水分的进一步蒸发，裂缝会进一步加大，最后导致混凝土开裂。

2.2 温差裂缝

大体积混凝土在施工浇筑阶段也有可能产生裂缝，这主要是由于混凝土内部与外部之间的温差所引起的，一方面大体积混凝土浇筑体积较大，内部产生热量较多，无法第一时间排出，而外部的混凝土在快速凝固的过程中就会阻挡这种内部的应力，当混凝土内部的温度产生的应力超过混凝土材料的抗拉强度极限时，就会产生裂缝。从裂缝的深度和分布的位置来看，主要有三种，即表层裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。深层裂缝和贯穿裂缝的危害极大，尤其是贯穿裂缝切断了结构表面，破坏了结构的整体性和稳定性，必要时必须进行化学灌浆处理，才能满足设计使用要求。

2.3 安定性裂缝

水泥的安定性不合格的时候，混凝土表面会出现龟裂，所以水泥安定性不合格也是造成大体积混凝土裂缝的一个原因。

3 防止大体积混凝土开裂的主要技术措施

3.1 优化配合比设计

大体积混凝土不同于一般的混凝土材料结构，在大体积混凝土配合比设计中应该注意以下问题，可以有效防止大体积混凝土出现裂缝：1)采用低水胶比，对于C30混凝土水胶比最好不超过0.43，这是决定大体积混凝土具有良好性能的先决条件。水在混凝土中的作用一是与水泥中的成分硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙发生水化反应，生成新的水硬性材料水泥石，水泥必须与水发生水化反应才能产生强度。如果水多了，也就是水胶比偏高，会对水泥石的强度和耐久性产生负面影响，原因是随着水化反应的进行，拌合物中最初被水占据的空间逐步会被水化生成物填充，但如果用水量超过水泥用量的35%(重量比)(水灰比为0.35)时，水泥与水的水化生成物就不能将拌合水原来所占据的空间全部填充，随着水分的蒸发，混凝土硬化后会留下许多孔隙，孔隙越多，混凝土的强度越低；2)在保证混凝土强度的前提下，将水泥用量降到最低，这个最低点是指能保障混凝土强度的前提下的水泥最少用量。如果水泥用量低于这个点，混凝土强度无法保证；如果水泥用量偏高，过多的水泥与水发生水化反应产生的热量无法及时散出，混凝土内外温差偏大，又会造成混凝土产生温度裂缝，所以在保障强度的前提下的水泥最少用量是防止产生温度裂缝的一个较好的措施；3)在混凝土中掺加粉煤灰，粉煤灰能减缓水泥水化的速度，降低混凝土水化反应导致的混凝土温升，防止大体积混凝土因内外温差过大出现裂缝；粉煤灰会和混凝土中的水化物氢氧化钙发生化学反应，生成硅酸钙，有利于提高混凝土的后期强度；粉煤灰可以填充骨料的孔隙并包裹他们形成润滑层，有利于提高混凝土的工作性能；4)要合理的调整粗骨颗粒径和颗粒级配，提高混凝土的密实性，降低混凝土的材料孔隙率，增加大体积混凝土的抗裂能力；5)在混凝土配合比设计时考虑添加矿物纤维，也可以增强混凝土的抗拉强度，防止混凝土硬化后因失水和温度变化引起的裂缝。

3.2 选用合适的低水化热的矿渣水泥

大体积混凝土的开裂问题主要是由于水泥水化放热造成内部和外部形变量不同所导致的，可以说水泥是造成大体积混凝土开裂的一个重要因素。因此，为了降低大体积混凝土的开裂概率，应该尽量采用低水化热的矿渣水泥，并最大限度的降低水泥用量。与此同时，掺杂必要的混凝土掺合材料，从而降低混凝土的凝结速率，有效减小浇筑和凝结过程中水化热，降低混凝土的内外温差，可以防止混凝土出现裂缝。

3.3 选择合适的外加剂

实践证明，大体积混凝土的内外温差在10 ℃～15 ℃之间才能保证水泥不开裂，而实际施工中控制这一条件非常不容易，这就需要选择合适的外加剂，可以使用高效减水剂来降低水的用量，防止混凝土因为硬化后失水而引起的收缩造成的裂缝；其次，可以掺入少量的膨胀剂使混凝土产生适度的微膨胀来补偿收缩，减小开裂，提升水泥材料的整体硬度与强度。

3.4 加强混凝土的养护

混凝土浇筑后应该及时覆盖湿的土工布进行洒水养护，防止混凝土表面失水过多引起塑性裂缝，加强混凝土养护不仅可以防止因为失水开裂，而且可以提高混凝土的强度。

4 结语

大体积混凝土的开裂问题一直是困扰工程行业的一项难题，本文系统介绍了大体积混凝土发生开裂问题的主要原因，并提出了应该从优化配合比设计原则、选择合适的水泥以及外加剂和加强养护等四个方面着手，避免大体积混凝土开裂问题的产生，从而最大限度的保证工程质量，为企业创造更大的经济价值。

[1] 王晓丽.泵送超大体积混凝土施工方案优化设计与工程应用[D].淮南：安徽理工大学,2013.

[2] 江昔平.大体积混凝土温度裂缝控制机理与应用方法研究[D].西安：西安建筑科技大学,2013.

[3] 马 睿.基于遗传算法的高层建筑基础大体积混凝土配合比优化[D].天津：天津大学,2010.

[4] 米永刚.大体积混凝土配比优化设计及裂缝控制技术研究[D].西安：西安科技大学,2008.

Discussion on crack control technology of mass concrete

Yan Yongjie

(Weifang 262115, China)

This paper introduced the concept of mass concrete, analyzed the main technical problems of mass concrete engineering, and according to the cracking mechanism of mass concrete, from the mix proportion design, cement selection, maintenance management and other aspects, put forward the technical measures to prevent mass concrete cracking.

mass concrete, cracking mechanism, mix proportion, cement

1009-6825(2017)08-0098-03

2017-01-06

闫永杰(1980- )，男，工程师,身份证号：370784198010163838

TU755

A