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摘要：随着我国建筑行业施工技术的不断提高，大体积混凝土技术已广泛应用于工程项目中，而在今天，混凝土的裂缝较为普遍，在大体积混凝土工程中裂缝几乎无所不在。在施工中混凝土常常出现裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。因此，在大体积混凝土中，预防混凝土裂缝产生具有重要意义。因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。
关键词：大体积混凝土；裂缝成因；预防措施
一、大体积混凝土裂缝产生的分析
混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝土的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担，而当混凝土的本身的粘结力等束缚力对这些应力不在能够承担时，裂缝便产生了。其过程主要有凝结前、凝结后两个阶段。
1.1 凝结前
在凝结前造成裂缝主要原因是在水化过程中水泥-水体系的体积变化产生的应力。当混凝土中的水泥与水发生反应，水泥水化物的体积会小于水泥和水的体积之和，加上混凝土内部自由水析出，混凝土内部会形成毛细管，毛细管张力会导致混凝土开裂；同时混凝土里水泥的水化反应是一个放热的反应，这种反应将使混凝土内部温度升高，产生体积膨胀，待水化反应减慢以后，混凝土体积会收缩，因而引起应力变化而使混凝土出现裂纹。
1. 2 凝结后
在混凝土凝结后，混凝土的物理、化学反应并没有终止，而还在缓慢地持续。当混凝土置于未饱和空气中会由于水分丧失而引起干燥收缩。水分蒸发使干缩产生的拉应力大于砼的抗拉强度，使砼产生裂缝。它的主要特征是表面开裂，走向纵横交错，没有一定的规律，形似龟纹，缝宽和长度都很小既收缩裂缝；同时由于混凝土已经凝结，混凝土的热传导性将大大的降低，而混凝土中 的水化反应却并没有停止，混凝土里水泥的水化反应是一个放热的反应，这种反应将使混凝土内部温度升高，产生体积膨胀，待水化反应减慢以后，混凝土体积会收缩，因而引起应力变化而使混凝土出现裂纹，在以后内部的冷却期间会产生开裂。
当然除去水泥水化造成的原因之外还有很多，如水泥熟料锻烧不充分，氧化钙（CaO）和氧化镁（MgO）以游离状态存在，并且产生过量的石膏。因为它们的水化过程延迟或很慢，导致水泥已凝结硬化后继续水化而产生水化产物，又由于水化产物的体积比它原始游离caO和MgO等的体积大得多，这种在硬化的混凝土中的不均匀的体积膨胀使路面出现龟裂、断板等；骨料的级配不合理使用过多小颗粒细砂已及等，也会造成一定程度上的混凝土裂缝。
二、大体积混凝土裂缝的预防措施
1、 减小大体积混凝土内外温差
⑴ 降低水化热温升
造成大体积混凝土内部温升的主要原因，一是水泥水化反应释放热量，加之混凝土的导热性差，致使其内部热量蓄积。可以从选用低水化热水泥，降低水泥用量，掺加粉煤灰，使用缓凝型减水剂等方面入手控制大体积混凝土内部温升。
据经验，每立方米混凝土水泥用量减少10kg,混凝土温升值就会降低10℃。可见降低水泥用量对控制温度应力的重要，且越是厚大体积混凝土，效果越明显。掺加粉煤灰作为胶凝材料，采用内掺法，可取代部分水泥，显著降低水泥用量。虽然粉煤灰也存在水化热，但远比水泥要低的多。大体积混凝土浇筑多采用泵送，使用缓凝型减水剂，即可改善和易性、满足泵送混凝土坍落度要求，又能有效降低水泥用量。此外合理选用水泥及添加剂，对提高大体积混凝土的抗裂能力具有非常关键的作用。
⑵ 降低混凝土入模温度
为了降低混凝土内部温度峰值，在水化热温升一定的情况下，有必要控制混凝土入模温度。研究表明，混凝土的浇筑温度越高，水泥的水化反应速度就越快。一般认为，混凝土浇筑温度每升高10℃，则混凝土内部温度的峰值将提高3～5℃，大体积混凝土的浇筑温度，最好控制在25℃以下。
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控制混凝土入模温度可以采用控制部分原材料的温度，例如对所用砂石、水泥进行遮盖，冰水搅拌等，混凝土浇筑作业尽可能安排夜间，缩短混凝土从出机到入模时间，用湿麻袋覆盖泵送管路，防止日晒升温，在混凝土罐车的转筒上浇水降温等措施。其中效果最好又最经济的，是夜间浇筑，此时所有原材料温度都偏低，根据现场实测，夜间混凝土出机温度一般要比白天低3℃左右。
⑶ 对混凝土外表面进行保温
混凝土内外温差过大是有害裂缝产生的主要因素。为防止大体积混凝土表面温度下降速率过快，应尽量推迟拆模时间。拆模后要尽快覆盖保温层，防止风吹、雨水冷击、环境温度骤降等情况发生，冬季施工时宜采用蓄热法进行保温养护。
2、 减小约束应力
⑴ 合理划分结构段
为了预防有害裂缝的发生，应尽量减小结构长度对约束应力的影响。施工中应按规范要求控制在5～15m。工程实践中，结构段长在15m 以内时，出现裂缝的可能性显著减少。
⑵ 合理设置施工缝
水平施工缝严格按规范设置，例如，底板上连续浇筑墙体时，其上水平缝设置规范，可避免大断面约束小断面情况的出现。
按规范设置竖向施工缝，混凝土浇筑时可采用闭合块的方法，进行分块浇筑，既能减小了一次浇筑的长度，降低了约束应力，又能将水化热从时间和空间上分散开来，增加散热面积，降低温升。
⑶ 缩短混凝土浇筑间歇期
混凝土的弹性约束应力，是在降温过程中由其自身收缩产生的。降温速度越快，约束应力越大，为了充分利用混凝土徐变特性产生的松弛效应，避免裂缝的产生，施工中除通过测温和采取保温措施，控制降温速率外，应尽量缩短混凝土浇筑间歇期。
3、合理选择混凝土配合比及原材料
混凝土配合比及原材料的选用，直接影响大体积混凝土的抗裂性能。所以，按照混凝土的绝热温升较小、抗拉强度和极限拉伸变形能力较大、线胀系数是微膨胀、自生体积变形低收缩的选用要求。着力做好以下几方面:
⑴ 优先选用低水化热水泥
水泥水化放热是混凝土温升的主因，所以应优先选用水化热低的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山炭质硅酸盐水泥等。
⑵ 适量掺用混合材料
例如粉煤灰具有一定活性，可代替部分水泥，既能降低混凝土的水化热，又能改善混凝土的粘塑性和可泵性。此外大体积混凝土初期强度增长较快、较高，后期强度增长缓慢，适量掺加粉煤灰后有助于改善混凝土的后期强度。因此，工程中常用粉煤灰做为混凝土的外掺料。
⑶ 合理使用外加剂
混凝土外加剂有多种类型，包括减水剂、缓凝剂、膨胀剂等。减水剂具有减水、增塑作用，在保持混凝土坍落度及强度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥、降低绝热温升。膨胀剂可使混凝土在硬化过程中产生体积膨胀，部分或全部补偿混凝土在硬化过程中所产生冷缩和干缩，即温差补偿效应，其实质就是膨胀应力对温差收缩产生拉应力的补偿。工程上，可利用膨胀剂这种温差补偿效应，减少或避免混凝土开裂。因此，合理使用外加剂，对预防大体积混凝土裂缝出现有积极作用。
⑷ 优化混凝土配合比
优化混凝土配合比，合理使用减水剂、缓凝剂、膨胀剂等外加剂，适量掺用粉煤灰等混合材料，从而达到减少水泥用量，降低水化热，控制混凝土绝热温升的目的。同时，严格控制砂石骨料的含泥量，采用先进的搅拌工艺以提高混凝土质量。
参考文献
[1]叶昌琳：《大体积混凝土施工》，北京中国建筑工业出版社1987
[2]水利水电科学研究、结构材料研究所，《大体积混凝土》，水利电力出版社1996
论文作者:闵兆群
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/2
标签：混凝土论文; 水化论文; 体积论文; 应力论文; 水泥论文; 裂缝论文; 温度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;