如何预防大体积混凝土的裂缝

如何预防大体积混凝土的裂缝

陈扬君

广州花都城投住宅建设有限公司

摘要:大体积混凝土即为体积较大又就地浇筑、成型、养护的混凝土。，它主要的特点就是表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。基于此，本文主要对大体积混凝土施工裂缝的类型与成因以及防控措施进行分析与探讨，以供同仁参考。

关键词：大体积混凝土；施工裂缝；形成原因；防控措施

一、前言

近年来，随着我国经济的速猛发展，我国加大了基础建设的投入力度，各种工程项目建设遍地开花，越来越多的大体积混凝土工程被应用，常见的比如地铁、码头、水利工程等等。混凝土的种类也因混合料的不同而各有差异，比如钢筋混凝土、水泥混凝土等，这些混凝土都有一个特性，就是在后续的使用过程中极容易产生裂缝，对人们的生活、出行和社会的发展等等造成严重的影响。而裂缝的产生主要是混凝土的材料、施工技术、承载力、后期维护等影响。因此做好混凝土的裂缝控制和施工技术至为关键。基于此，本文主要对大体积混凝土施工裂缝的类型与成因以及防控措施进行分析与探讨，以供同仁参考。

二、大体积混凝土的定义与特点

我国有的规范认为，当基础边长大于20m、厚度大于1m、体积大于400m³时称为大体积混凝土。在现行国家标准《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2018)中规定，大体积混凝土是混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。一般认为当基础尺寸大到必须采取措施，妥善处理混凝土内外所产生的温差，合理解决混凝土体积变化所引起的应力，力图控制裂缝开展到最小程度，这种混凝土才称得上大体积混凝土。

大体积混凝土的最主要特点是以大区段为单位进行浇筑施工，每个施工区段的体积比较厚大，由此带来的问题是，水泥水化热引起结构物内部温度升高，冷却时如果不采取一定技术措施控制，则容易出现裂缝。为了防止裂缝的发生，必须采取切实可行的技术措施。如使用水化热较小的水泥，掺加适量的粉煤灰，使用单位水泥用量少的配合比，控制一次浇筑高度和浇筑速度，以及人工冷却控制温度等。

三、大体积混凝土裂缝的类型

（1）温度裂缝。温度裂缝产生的主要原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。温差的产生主要有三种情况：第一种是在混凝土浇筑初期，这一阶段产生大量的水化热，形成内外温差并导致混凝土开裂，这种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天(升温阶段)。另一种是在拆模前后，这时混凝土表面温度下降很快，从而导致裂缝产生。第三种情况是当混凝土内部温度高达峰值后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值即内部温差。这三种温差都会产生裂缝，但最严重的是水化热引起的内外温差。

（2）干缩裂缝。混凝土内外会含有相应的水分，水分在蒸发过程中往往会存在一定的差异性，赶紧先逛会导致混凝土的变形。如果混凝土变形情况比较严重，那么其表层的水分有着过快的蒸发速度。在混凝土的内部没有太大的温度变化，所以不会出现很大的变形现象。混凝土内部如果受到相应的约束，那么会出现干缩变形，从而出现裂缝。

（3）收缩裂缝。如果混凝土的材料存在问题，那么很容易导致收缩裂缝，与此同时，混凝土中的水分也会产生相应的影响，水分的蒸发，如果出现一定的差异性变形问题就会发生。混凝土表层的水分在受到其他因素的影响时，会出现消失很快的情况。在此情况下混凝土表层会出现干缩变形，这主要是因为受到了相应的约束，其实也会有拉应力产生，从而出现裂缝问题。收缩裂缝会具有一定的特点，不仅会呈现出不规则分布的状况，还表现出网状，该种裂缝是比较小的，但是却影响着整个工程。混凝土内部的热量在收缩过程中，如果出现消散的情况，那么会造成收缩应力，变形状况也会发生。混凝土在成型之后的三天左右，通常情况下会出现表层的裂缝，此时主要是受到了抗拉强度的影响。

（4）荷载裂缝。在建筑工程过程中的大体积混凝土施工中，造成建筑施工出现混凝土裂缝的原因有很多种，想要从根本上解决裂缝发生的可能，就要首先详细的分析在施工过程中可能出现裂缝的原因有哪些，然后进行针对性的预防措施。出现荷载裂缝的主要原因主要有两个那就是直接应力或者是次应力造成的裂缝。直接应力裂缝指的是大体积混凝土由于受到了外部的直接荷载应力，导致出现裂缝，这个由外力引发的直接应力出现的原因有很多种，例如说在设计过程中，可能选择的计算模型并不合理，导致后期的结构受力计算假设不缺血，大体积混凝土的荷载计算不正确，导致结构的处理不恰当，构建的设计断面出现问题，从而引发的。也有可能是设计描述不够清晰，因此机械设备的选择不合理，或者是在施工中施工材料的选择不合理，施工工序出现错误，导致出现荷载裂缝，还有是在后期的交付过程中实际荷载量要超出计算的好荷载量，同样会产生直接应力裂缝。次应力裂缝指的是实际施工和设计图纸存在很大的差异性，导致某些部位出现不合理的次应力，导致了裂缝的出现。

四、大体积混凝土施工裂缝的产生原因
（1）结构设计因素。裂缝由荷载引起的我们都可以通过计算来进行裂缝控制，通常采用构造设计来进行由于变形引起的裂缝的控制。结构计算之前先对受力体系进行假定，很多常规计算的模型与实际的工作状态有一定的出入，使得内力计算的结果与实际不符，假定因素外的内力通常会引起裂缝。此类裂缝不仅与强度、应力有关，还与结构的刚度有关。对于由温度、混凝土的收缩和膨胀、不均匀沉降等变形因素的影响而产生的裂缝，结构要求变形时得不到满足从而引起应力，而应力的大小与结构的刚度有关，当应力超过一定数值时就会引起裂缝，裂缝出现后变形得到满足同时刚度下降导致应力发生松弛。

（2）原材料和配合比的影响。1）水泥品种。对混凝土干缩影响较大，一般情况下，C3A含量大，细度较小的水泥干缩较大。2）水胶比。混凝土抗拉强度，极限拉伸值均随着水胶比的减小而提高，混凝土收缩则随着水胶比的减小而减小，显然，在满足混凝土施工要求的前提下，减小水胶比对大体积混凝土抗裂是有利的。3）骨料。尽可能采用粒径较大，级配良好的高强度花岗岩、玄武岩等作为骨料对抗裂有利。4）外加剂。在混凝土中掺加外加剂，能改善混凝土和易性，在水泥用量不变的情况下，能减少用水量，提高混凝土强度。5）粉煤灰。在大体积混凝土中掺加粉煤灰能起到改善混凝土和易性，减少用水量，提高混凝土密实度，减少混凝土干缩的作用。

（3）混凝土施工不规范。在浇筑混凝土前，模板和垫层应适量撒水浸泡，以免混凝土与模板和垫层接触处混凝土失水过多，造成干缩裂缝。在浇筑混凝土的过程中，对混凝土的振捣没有严格遵守施工规范；过分的进行振捣，使得一些骨料粒发生沉落，混凝土中的水分和空气被过量挤出。混凝土的表面因水分的泌出而发生竖向的缩小沉落，以及混凝土表面过厚的砂浆层，在水分蒸发之后，很容易构成凝缩裂缝。在混凝土浇筑振捣完成之后，由于过分的抹平压光超过了相关的操作标准，让混凝土中的一些细小的细骨料不断的漂浮到表层，造成含水量很大的水泥浆层，使得混凝土的表面体积发生碳化，并不断收缩，造成混凝土板面龟裂。
（4）大体积混凝土浇筑后的养护不合理。现在建筑楼板浇筑后的养护方法已经比较落后，这种老式的养护方法已经不符合现代建筑的需要，所以探索改进新的养护方法尤为重要。众所周知混凝土的失水情况会影响到水泥的水化作用，如果在水泥的水化作用完成之前，失水太严重就会造成混凝土的结构疏松形成干缩裂缝等导致楼板的渗水性过大。

五、大体积混凝土施工裂缝的防控措施

（1）优化结构设计。分析了大体积混凝土施工出现裂缝的具体原因之后，就要针对性的采取合理的防治措施来有效控制发体积混凝土施工裂缝的出现。首先是在设计阶段，在进行设计工程的假设和计算时，一定要详细的分析和计算建筑物的荷载量，充分的考虑好建筑中各种恒荷载和有可能发生的活荷载，坚决杜绝在计算过程中出现漏算或者是计算错误等问题。建筑大面积混凝土施工中针对容易出现分裂的部位，例如说深基础和浅基础的交接处，还有建筑物中的高跨和低跨交接处，一定要重点进行裂缝防护工作，要进行钢筋配置的时候尽量能够选择直径或者是间距较小的操作方式，能够有效防止混凝土出现开裂。

（2）优化配合比设计。在混凝土施工中，混凝土坍落度控制是非常重要的，坍落度是指混凝土的和易性，具体来说就是保证施工的正常进行，其中包括混凝土的保水性，流动性和粘聚性。影响混凝土坍落度的因素主要有级配变化、含水量、衡器的称量偏差、外加剂的用量，容易被忽视的还有水泥的温度等。因此，在选定配合比时应综合考虑，并宜采用较小的坍落度。在混凝土配比中，水的控制也非常重要，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；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；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；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；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）优化施工方法。在混凝土施工过程中，要严格控制混凝土的浇筑、振捣以及施工作业，确保这些施工环节完全按照相关的规范标准进行操作。这样能够在最大程度上确保混凝土的施工质量，保证混凝土施工质量符合设计要求，能够在最大程度上减少混凝土裂缝。为了有效降低大体积混凝土裂缝，还可以采取以下措施，对施工质量进行严格控制。1)混凝土的拌制：①在混凝土拌制过程中，要严格控制原材料计量准确，同时严格控制混凝土出机塌落度。②要尽量降低混凝土拌合物出机口温度，拌合物可采取以下两种降温措施：一是送冷风对拌和物进行冷却，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的温度控制在6℃左右。2)混凝土浇注、拆模。①混凝土浇注过程质量控制浇注过程中要进行振捣方可密实，振捣时间应均匀一致以表面泛浆为宜，间距要均匀，以振捣力波及范围重叠二分之一为宜，浇注完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。另外，浇注混凝土要求分层浇注，分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。避免纵向施工缝、提高结构整体性和抗剪性能。②浇注时间控制尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇注尽量安排在夜间进行。③混凝土拆模时间控制混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设计强度的75%以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25℃以内，预计拆模后混凝土表面温降不超过9℃以上允许拆模。

（4）重视后期养护工作，强化混凝土施工质量。在完成混凝土浇筑施工后，对混凝土进行后期的养护工作是减少大体积混凝土裂缝的重要手段。对混凝土进行后期养护的主要目的是确保混凝土施工完成后的周围环境的稳定性，减少混凝土内外温差。对混凝土施工面的温度、湿度等进行有效控制，这样能够确保混凝土施工的稳定性和强度。如果混凝土施工后的环境温差较大，可能会导致水泥干缩问题明显，这样就会使混凝土裂缝出现情况加剧。在进行后期养护工作时，如果温度较高，可以布设冷水管，利用循环水流降低混凝土内部温度，降低混凝土内外温差。如果风力过大，就要对混凝土表面进行适当的重新补浆作业，才能确保混凝土表面的平整性，防止裂缝出现。

六、结语
　　综上所述，随着大体积混凝土浇筑技术的广泛应用，大体积混凝土裂缝控制也始终是施工面临的首要问题，因此，我们要探究分析结构裂缝问题，并结合实际情况，做好混凝土的原材料配比和施工，设置冷却道，平衡内外温差，降低裂缝产生的几率。

        
参考文献
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