大体积抗渗混凝土裂缝的成因和控制研究

黄钟诚 贾更尕 张学珍 文培东 张 顶

大体积抗渗混凝土的尺寸超过1 m之后，在水泥硬化过程中很容易产生水化热，会使混凝土产生出较大的拉应力和温度应力，引发材料收缩变形。当前，各项工程中广泛利用大体积抗渗混凝土，在各种因素的影响下很容易产生裂缝问题，导致其结构的耐久性稳固性受到影响，最终降低整体工程的质量和效率。为了防治大体积抗渗混凝土裂缝问题，施工单位需要分析裂缝种类和成因，并提出针对性的控制措施，以保障整体工程质量。

1 大体积抗渗混凝土裂缝种类概述

1.1 表面裂缝

大体积抗渗混凝土浇筑施工完成后，将会在内部不断积累水化热，逐渐提高混凝土内部温度，膨胀混凝土体积。如果没有对其进行养护，混凝土表面实施散热后将会逐渐降低表面温度，发生降温收缩问题。此时，混凝土表面处于收缩的状态，而内部处于膨胀的状态，因此会产生拉应力，如果混凝土抗拉强度不符合需求，则将会引发裂缝问题，这种裂缝被称作表面裂缝[1]。

1.2 深层裂缝

表面裂缝不断发展，脱离约束后将会不断向深处延伸，形成深层裂缝。其可切断结构断面，整体深度为3 ～5 cm，沿约束面的方向不断向上延伸。深层裂缝处于连续状态中，具有一定的危险性，会严重影响到大体积抗渗混凝土的施工质量。

2 大体积混凝土裂缝原因与预防关联

根据大体积混凝土产生的类别，结合产生的原因，国内外科技工作性提出了不同的机理以及预防和解决的办法。产生的种类、原因和预防措施之间的关系如图1 所示。

图1 大体积混凝土裂缝产生的原因与预防关联图（来源：网络）

3 大体积抗渗混凝土裂缝成因

3.1 温度应力引发的裂缝

在浇筑大体积抗渗混凝土的过程中，水泥发生水化现场不断释放热量，而大体积抗渗混凝土体积较大，不利于释放热量，因此混凝土内部温度不断提高，增加了内外温差，在大体积抗渗混凝土表面产生拉应力，内部产生压应力，从而产生裂缝问题[2]。

完成混凝土浇筑工作，外部环境温度直接影响大体积抗渗混凝土强度。在混凝土硬化阶段，由于水泥水化作用不断提高内部温度，在高温天气中浇筑大体积抗渗混凝土将会增快水泥水化速度，同时也会加快混凝土强度发展。而在寒冷的天气浇筑大体积抗渗混凝土将会降低水泥水化速度，降低混凝土强度，同时凝土空隙中的水分子引发膨胀问题，导致混凝土内部结构被破坏。混凝土在初凝阶段整体强度较低，很容易发生损坏，而保持温度的适宜性可以顺利开展水泥水化过程，充分发展混凝土强度，从而满足工程需求。

如果快速降低外界温度，就会产生温度应力，引发混凝土开裂问题，如图2所示。完成混凝土浇筑工作后，一些施工单位没有及时开展养护工作，将会影响水泥水作用，混凝土强度也会因此受到影响。如果没有完成水化作用，将会导致混凝土内部变得更加疏松，继而引发干缩裂缝问题，导致混凝土的耐久性受到影响。在混凝土成型后，施工单位需要加强控制周围环境的湿度和温度，充分实现水泥水化，进一步提高混凝土质量。

图2 大体积抗渗混凝土温差裂缝（来源 ：网络）

3.2 沉降收缩和塑性收缩

混凝土在凝结过程中，粗骨料和大比重颗粒将会自然下沉，导致横向体积增大的同时，竖向体积缩小，因此产生沉降收缩裂缝。在浇筑混凝土的过程中，外界温度和风力将会加快混凝土表面的水分损失，快速收缩混凝土体积，从而形成塑性收缩裂缝[3]。混凝土在终凝前会产生泌水现象，完成混凝土浇筑工作后，如果混凝土表面蒸发速度较快，并且超过了泌水速度，混凝土结构将会产生拉应力，产生裂缝问题。由于外界环境因素具有不确定性，外界温度较高，将会快速蒸发混凝土表面水分，急速收缩混凝土表层，在终凝之前混凝土具有较低的抗拉强度，因此很容易产生裂缝问题。

3.3 原材料引发的裂缝

水泥是混凝土的重要组成部分，直接影响到大体积抗渗混凝土的强度和耐久性等。因此，施工单位需要合理选择水泥品种，如果品种选择不合理将会引发裂缝问题。此外，施工单位要注意合理选择水泥的强度等级，如果选用低强度水泥就会产生较多的水化热，无法抵抗大体积抗渗混凝土内部的应力，引致裂缝问题[4]。

骨料在混凝土中发挥着稳固作用，因此选用的骨料质量关系到大体积抗渗混凝土性能。在选择骨料的过程中，如果级配不符合标准或者具有较大的空隙率，就会增加水和水泥的用量，引发水化热问题，从而产生裂缝。如果骨料中存在有害物质，很容易影响到混凝土的强度和耐久性等。此外，骨料中的硫化物和水泥发生化学反应，将会使混凝土体积膨胀，从而引发裂缝问题。

4 大体积抗渗混凝土裂缝控制措施

4.1 合理选择大体积抗渗混凝土原材料

大体积抗渗混凝土各项指标比较高，因此需要提高大体积抗渗混凝土配合比的合理性，预防发生裂缝。施工单位需要根据施工条件合理选择水泥品种和骨料以及外加剂等[5]。

4.1.1 选择水泥

为了控制水化热情况，施工单位选择的水泥要具备较低水化热，同时注意合理调整水泥细度模数，可以选择粉煤灰硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥等。

4.1.2 选择骨料

选择粗骨料的过程中，要尽量选择碎石，控制碎石粒径在5 ～25 mm。因为利用较大粒径的粗骨料可以优化整体级配，降低整体孔隙率，同时可以发挥出良好的和易性和抗压性，减少水泥和水的用量，从而降低水化热，避免产生裂缝问题。

选择细骨料的过程中，要选择中砂或者中粗砂，粒径控制在0.5 mm 以内，同时要控制细骨料的含泥量在5%以内。中粗砂具有较小的孔隙率，可以减少水泥和水的用量，减少水化热情况，有效控制大体积抗渗混凝土的收缩[6]。

4.1.3 选择外加剂

施工单位需要结合施工要求合理选择外加剂，合理改善大体积抗渗混凝土的和易性，减少运输过程中的损失。同时控制混凝土放热，从而降低裂缝问题的发生率。大体积抗渗混凝土外加剂比较多，在选择减水剂的过程中，其包括普通减水剂和高效减水剂等，利用减水剂可以改善大体积抗渗混凝土的和易性，同时可以降低水灰比，提高混凝土强度，减少水泥用量，减少混凝土收缩，进而有效控制裂缝问题。

在高温施工环境中，为了控制混凝土的坍落度，施工单位可以掺加缓凝剂，降低混凝土水化热速度。引气剂主要包括松香树脂类和脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐类等，通过利用引气剂可以控制混凝土的含水量，同时可以减少干缩变形和温度收缩变形，提高混凝土的抗渗性。掺入膨胀剂，经过水化反应后将会产生一定程度的体积膨胀，因此需要控制混凝土凝缩体积。同时，水化反应后将会产生钙矾石等，可以填充混凝土孔隙，提高混凝土的抗裂性和抗渗性。

4.2 合理选择施工措施

一是加强控制混合料浇筑温度。在实际施工中，石子和水的温度关系到混合料出机温度，因此施工单位在施工现场要注意遮阳处理砂石，可以利用管道输送材料，同时要注意在管道外包裹草袋，并采用洒水降温等措施。

二是控制混凝土温度。将冷却水管埋在混凝土中，利用循环水控制混凝土温度。为了降低大体积抗渗混凝土的温度，可以在基础内部埋设降温排管，并且分为上下两层。利用Φ32 管壁钢管，并且利用焊接连接方式，在每层布置“M”形降温排管平面，控制降温排管边和模板半圆的距离在0.5 m 以上。

三是推广新工艺。在实际施工过程中施工单位需要合理推广新工艺，提高混凝土抗压强度。通过利用二次振捣工艺可以提高混凝土结构的密实度，而利用砂浆裹石或者净浆裹石工艺能够避免集中水分，从而提高混凝土结构的抗压强度。

四是分段分层连续浇筑。为了避免聚集热量，施工单位需要利用分层连续浇筑措施。因为大体积抗渗混凝土工程量较大，具有较大的浇筑面积，不适合利用分层浇筑方法，所以可利用分段分层浇筑方式。

五是处理混凝土泌水。混凝土发生泌水问题将会导致大体积抗渗混凝土表面发生开裂问题，对此可以在侧膜预留孔洞，负责排除泌出的水分。

六是处理表面裂纹。如果大体积抗渗混凝土表面产生裂纹，施工单位要利用刮尺刮平表面，然后均匀地涂刷水泥浆和聚合物，再利用滚筒反复碾压，避免侵入水分[7]。

4.3 合理浇筑大体积抗渗混凝土

如果整体施工面积比较小，可以利用分层浇筑方式，而如果施工面积比较大，则可以利用分段分层浇筑方式。针对长条状结构，需要利用斜面分层浇筑方式。不同的浇筑方式可以优化大体积抗渗混凝土性能，施工单位需要合理养护大体积抗渗混凝土，控制混凝土的含水量和表面温度，避免产生裂缝问题。养护工作中，施工单位需要控制养护时间，在浇筑混凝土的过程中利用覆盖等措施或者在表面喷洒养护剂。施工单位需要结合大体积抗渗混凝土特征和施工条件等合理选择养护方法。遇到高温或者强风等极端天气，施工单位需要采取遮阳或者遮风措施，比如利用潮湿的麻布包裹混凝土表面，可以控制水分蒸发。

完成大体积抗渗混凝土浇筑工作后，需要立即开展养护工作。此外，施工单位要及时控制混凝土温度，利用温度探头检测混凝土内部温度。如果外部环境发生变化，则需要及时采取保温或降温措施，从而有效稳定大体积抗渗混凝土的内外温差。

5 结语

为了控制大体积抗渗混凝土的裂缝，施工单位需要分析裂缝的成因，提出针对性的控制措施，保障大体积抗渗混凝土的耐久性和稳定性，充分发挥其优势，从而保障整体工程质量，促进我国建筑行业健康发展。