大体积混凝土施工表面裂纹分析与预防

摘要：所谓大体积混凝土是指结构断面的最小尺寸至少大于80公分，水化热导致的混凝土内部最高温度和外界环境温度差大于25 ℃。大体积混凝土出现裂纹的根本原因是由于混凝土受到不同程度的约束后无法自由收缩，差异应变所产生的拉应力要超出混凝土的抗拉强度，因此裂纹就会产生，由此可见，如果混凝土结构受到温、湿度的影响后体积变化不会受到约束，那么就不会出现裂纹。本文就针对大体积混凝土表面产生裂纹的原因及预防措施展开讨论。

关键词：大体积混凝土；表面裂纹；预防

一、大体积混凝土表面裂纹产生的原因分析

（一）收缩裂纹

其实造成混凝土收缩最主要的因素就是用水量及胶凝材料的用量比较多，在水泥中水量及胶凝材料的用量越多，水泥的水化热程度就越大，从而造成混凝土出现较大的收缩，并且水泥的品种不能同，其干缩与收缩的程度也不尽相同[1]。水泥的水化热反应是指水泥在水化过程中所释放出的热量，对于普通的混凝土来说水化热释放后，混凝土就会由于尺寸小造成所升高的温度会同时散失到周围的空气中，此时混凝土结构的内部与外部的温差相对较小，所以也不会出现裂纹[2]。但是对于大体积混凝土来说，由于其体积较大，而混凝土的结构热扩散与其最小尺寸成反比关系，所以温度的扩散过程也相对缓慢，从而混凝土在散热及硬化的过程中会出现收缩，从而产生较强的收缩应力。假如其收缩应力大于混凝土的极限抗拉强度，那么混凝土施工表面就会出现收缩裂纹。

（二）温差裂纹

混凝土的内外部温度差异过大就会导致其表面出现温差裂纹。由于大体积混凝土结构通常都是进行一次性的整体浇筑，而水泥发生水化热后因为混凝土的体积过大，其内部所聚集的水泥水化热散发困难，因此混凝土内部温度就会明显提高，但是其表面散热比较快，从而内外部就形成较大温差，此时混凝土内部会产生压应力，而表面为拉应力，这种情况下的混凝土不仅龄期短，而且抗拉强度也比较低。如果由于温差导致的表面拉应力大于混凝土的极限抗拉强度，则其表面就会出现裂纹[3]。

（三）施工裂纹

如果上述两种裂纹产生的原因是由于混凝土自身的特性而造成的，那么在施工过程中由于泵送混凝土造成的裂纹，则是受施工工艺的影响。因为大体积混凝土的尺寸比较大，所以普通的混凝土运输机械要想满足不间断连续施工的需要比较困难，最好的办法就是采用泵送混凝土的方式，并且泵送混凝土工艺对于混凝土的施工性能也有着积极的改善作用。不过泵送混凝土施工也存在一定的问题，即其强度不足，经常发生凝结导常现象，尤其是裂纹普遍存在，所以对结构的抗渗性及耐久性均会产生一定的影响。具体的开裂原因如下：第一，在泵送混凝土的过程要添加泵送剂，多数搅拌站会采取容积法，从而计量问题会对混凝土的均匀性产生影响；第二，在混凝土被搅拌成形后坍落度达不到质量要求，在加入泵车进行输送时，其均匀性被破坏；第三，混凝土的停留时间过长，在入泵时其均匀性受到影响；第四，为了保证混凝土稳定的流动性，会在其中添加水或者水泥，从而水灰比就会增加，造成混凝土在凝结硬化的过程中增加收缩量，表面就会出现裂纹；第一，在强度高、流动性大的条件下泵送混凝土，较高的砂率及化学外加剂的添加会造成混凝土的干燥收缩，最终出现裂纹。

二、大体积混凝土表面裂纹的预防措施

（一）降低混凝土的发热量

降低混凝土的发热量可以通过以下几个办法来实现：第一，双渗技术，将粉煤灰及KJ-45L高效缓解减水剂掺入其中，利用超量代换法每立方掺入95kg粉煤灰，其比例为胶凝材料的25.6%；添加高效缓凝减水剂，不仅可以使水量及水泥量减少，而且能够延缓混凝土早期强度的发展。第二，选择骨料时尽量采用颗粒形状好、级配高的骨料[4]。骨料的级配好可以减少胶凝材料的用量，以防止砂量使用过多，对骨料的含泥量加以控制可以有效的减少混凝土的收缩，使其极限拉伸能力得到进一步提高。第三，采用流动性较低的混凝土，其实只要便于施工，可以在满足设计要求的前提下尽量使用坍落度较低的混凝土；混凝土的坍落度低用水量就少，对混凝土的降温及减少收缩均有着积极的作用[5]。第四，后期强度，应用后期强度可以减少水泥的用量，大体积混凝土结构浇筑完成后，需要经过一段较长的时间才能承受荷载，所以可以使用60天或者90天的混凝土强度。

（二）降低混凝土的浇筑温度

外界的温度越高，混凝土的浇筑温度相应的就越高，而水泥的水化反应速度就会加快，从而缩短了混凝土达到极限温度的时间，相应的可利用的散热时间就进一步的减少，这对于混凝土最高温度的降低十分不利。此外，混凝土的浇筑温度升高其和易性反而会降低，为了保证和易性必然要增加用水量，混凝土浇注过程中的入模温度就会降低，从而混凝土内部总热量就相应的减少。因此降低混凝土的浇筑温度可以有效的防止裂纹的出现，降低混凝土浇筑温度的措施常用的有以下几个：第一，降低材料的温度，尽量不要使用刚出厂的水泥，因为其温度可以达到700℃以上，要使用多个水泥储罐以备足水泥用量，集料不可受阳光直射，或者喷水冷却集料。第二，降低拌和用水的温度，混凝土的温度升高10℃，水所吸收的热量远远超出水泥和集料的数倍，因此冷却水拌和是降低混凝土温度的有效途径之一。采用冷却机将拌和用水冷却水后，控制其温度不超出100℃，可以将混凝土的入模温度有效的控制在300℃以下。

（三）表面保温与保湿

预防混凝土表面出现裂纹一个重要的原则就是尽量保证新的混凝土不失去水分，温度的下降控制在一定的范围。在混凝土初凝后，其内部热量散失速度比较慢，而外部表面的散热速度则较快，因此采用相应的保温措施可以减少混凝土内部与外部的温差，从而有效减少裂纹的出现；而一定的保湿措施可以防止水分蒸发，混凝土表面不会出现干燥现象，最终收缩裂缝即可得到有效的控制。具体操作方法如下：浇筑混凝土后在混凝土的表面用土工布覆盖一层，再用麻袋覆盖两层，采用冷却管出水进行洒水养生。拆模要尽可能晚，而且拆模后要马上回填土，利用回填土进行保温，从而降低混凝土的降温速度，减少温差，有效的防止裂缝的出现。

（四）混凝土的浇筑

在进行混凝土的浇筑过程中尽量采用薄层浇筑的方法，在浇筑过程中混凝土的上升速度要实行均匀的控制，以防止由于混凝土拌和物堆积过高出现高差。混凝土的分层厚度控制在20到30公分的范围绕内。振捣时采用插入式振捣器，加强振捣，从而提高混凝土的密实度及抗拉强度。在浇筑后要将表面积水及时的排除，然后再作二次抹面，防止出现早期裂缝。为了提高混凝土的流动性、保水性以及粘聚性，便于运输、泵送及浇筑，要保证泵送混凝土的砂率含量处于适宜的水平，石料的最大直径和管道直径的比值约为1:4.5，水灰比则控制在0.4-0.6之间。