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摘要：大体积混凝土的裂缝问题比较难控制，容易影响结构的耐久性和安全性。采取有效对策来防治大体积混凝土裂缝有着重要的意义。本文阐述了大体积混凝土裂缝的形成机理，提出了有针对性的大体积混凝土裂缝防治对策，为相类似的建设工程项目提供一定的参考。
关键词：大体积混凝土；裂缝形成机理；防控措施；分析
0 引言
随着我国经济的不断增长，城市建设和发展不断完善，大体积混凝土在建筑施工项目的施工当中应用越来越多。但是由于大体积混凝土在施工中容易出现裂缝等问题，对施工质量造成了极大的影响。因此如何采取有效措施来对大体积混凝土裂缝进行防治成为了施工人员需要解决的问题。下面就此进行讨论分析。
1 大体积混凝土裂缝的形成机理
1.1 水泥水化热影响
水泥的水化热影响是大体积混凝土结构产生裂缝的最重要原因之一。水泥在水化过程中产生大量热量，因而使混凝土内部温度升高，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力和温差成正比，温差越大，温度应力就越大，当温度应力超过混凝土内外约束力时，就会产生裂缝。混凝土内部的温度和水泥品种、用量以及混凝土层厚有关，混凝土厚度越大，水泥用量越大，内部温度也就越高。
1.2 干缩引起裂缝
混凝土中的80%水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所必需的，最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩，随着混凝土的陆续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢，由于表面的收缩受到中心部位混凝土的约束而在表面产生拉应力，当拉应力大于当时混凝土的抗拉强度，就会产生干缩裂缝。主要特征是表面开裂，纵横交错，没有一定规律，缝宽和长度都很小，与发丝相似。
1.3 沉降引起裂缝
混凝土浇筑过程或浇筑后，由于混凝土中的骨料在自重作用下缓慢下降，水会上浮，即所谓的泌水，在下降过程中，如果受到钢筋和其她埋件的局部阻碍、支撑变形或下沉、基础沉降、过早拆除模版支架等，都会在该处混凝土产生拉应力和剪应力时，使得混凝土沿钢筋表面产生顺筋裂缝，这种裂缝在大流动性混凝土或水灰比较大的混凝土中尤为严重。
1.4 温度裂缝
大体积混凝土在施工阶段，常受外界气温的影响。混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度、浇筑温度和散热温度三者叠加。通常情况下，大体积混凝土内部与外表面温差超过25℃，或者混凝土表面温度与环境温度超过20℃，很容易产生裂缝。当气温下降，也别是气温骤降，会大大增加外层混凝土内部的温度梯度，产生温差和温度应力，使混凝土产生裂缝。
1.5 冻胀裂缝
一般在寒冷地区冬季施工，没有采取足够的防冻措施，混凝土在气温降到0℃以下前未达到足够的强度，或者水分渗入到混凝土结构中因结冰而造成体积膨胀，会使混凝土产生冻胀裂缝。
1.6 碱骨料反应
当所用水泥中的碱性氧化物含量较高时，会与骨料中所含的二氧化硅发生化学反应，并在骨料表面生成碱－硅酸凝胶，吸水后会产生较大的体积膨胀，这种膨胀会使得混凝土产生网状的龟裂缝，致使混凝土表层酥松、脱落，对混凝土结构的耐久性产生较大影响。
2 大体积混凝土裂缝的防治
2.1 原材料选择
2.1.1 水泥
选用水化热较低的水泥，在满足设计强度计工作性能的前提下尽量减少水泥及用水量，降低水泥的水化热影响，是防止温度裂缝的主要途径，大体积混凝土应选用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，大体积混凝土施工所用水泥其3d的水化热不宜大于240kJ/kg，7d的水化热不宜大于270kJ/kg。
2.1.2 掺合料
掺合料能增加混凝土的流动性、粘聚性、保水性、改善混凝土的可泵性。并能提高硬化混凝土的强度和耐久性。但大体积混凝土的粉煤灰掺量不宜超过胶凝材料用量的30%；矿渣粉的掺量不宜超过胶凝材料用量的40%；粉煤灰和矿渣粉掺合料的总量不宜大于混凝土中胶凝材料用量的40%。
2.1.3 骨料
粗骨料应选用质地坚固、级配较好，含泥量不大于1%的非碱活性骨料，细骨料宜采用中砂，其细度模数宜大于2.3，含泥量不大于3%，粗骨料和细骨料均应严格控制含泥量、有机物含量等，骨料中含泥量过大或有机物超标的话，会增加混凝土的收缩，同时还会降低混凝土抗拉强度，对混凝土的抗裂不利。
2.1.4 外加剂
所用外加剂的质量及应用技术，应符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB8076，同时应评估外加剂对硬化混凝土收缩等性能的影响。最常用的外加剂是减水剂，能使混凝土不泌水，不离析，有合适的凝结时间，可降低混凝土的单位用水量，改善混凝土中毛细孔的数量、结构和分布状况，提高混凝土的耐久性。包括缓凝减水剂和引气减水剂，缓凝减水剂能延缓水泥的水化热速率，有利于混凝土内部温度降低，引气减水剂主要作用是引入空气，改善混凝土的抗渗性和抗冻性等耐久性指标，从而达到提高其防裂性能。
2.2 施工配合比的优化
在初步确定混凝土配合比后，采用现场模拟施工的方法，根据大体积混凝土结构特点，对混凝土的凝结时间、和易性、塌落度等指标进一步优化，从控治裂缝的角度，混凝土塌落度不宜过大，一般在120±20mm即可。
2.3混凝土施工措施
2.3.1全面分段、分层
可沿长边方向自一端向另一端进行，在第一层全面浇筑完毕后，在回头浇筑第二层，需要注意的是应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止；或者先从底层开始，浇筑一定距离后在浇第二层，并在前层混凝土初凝之前将次层混凝土浇筑完毕，如此依次向前浇筑其他各层。每一层浇筑厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定，整体分层连续浇筑时宜为300～500mm。
2.3.2 合理设置变形缝、后浇带
变形缝将大体积混凝土结构分割成数个较小的单元，有效地减少混凝土由于温度变化产生的体积胀缩或不均匀沉降等带来影响；后浇带是指按照设计或施工规范要求，在基础底板等相应位置可留设临时施工缝，将结构暂时划分为若干部分，经过构件内部收缩，在若干时间后再浇捣该施工缝混凝土，将结构连成整体的地带，后浇带能防止现浇混凝土结构由于自身收缩不均或沉降不均可能产生的裂缝，设置后浇带间距不宜太大，一般20M～30M。
2.3.3 混凝土入模温度夏季宜控制在30℃以下，尽量避免高温时段施工，同时可采用冷却砂、石等材料的方式，或者在混凝土内部预埋水管通入冷却水，降低大体积混凝土内部温度，以降低内外温差。冬季入模温度一般应在10℃以上，最低不低于5℃，避免混凝土冻伤。
2.3.4 在浇筑混凝土过程中，应采取措施防止受力钢筋、定位筋、预埋件等移位和变形，同时浇筑人员均应在架设的脚手板上完成浇筑，减少施工人员对钢筋或预埋件等的踩踏。
2.4 测温和控温措施
在施工现场只需要采用较简单的设备，就能直观地测得混凝土内部温度，而且精确度高，花费少。具体做法如下：
2.4.1 简易测温法
使用Φ48的脚手架钢管或其他无缝钢管作为测温管预埋于混凝土中，管壁厚度以2㎜为宜，内径为30～50㎜。按量取所需长度截断，底部用钢板焊牢密闭，使其不能渗水，上部高出混凝土100MM。测温管内应灌水，灌水深度为100～150㎜（不宜灌满，若孔内灌满水，所测得的温度接近管全长范围的平均温度），测温管的埋设长度宜比需测点深50～100㎜，测温管必须加木塞，防止外界气温影响。
2.4.2 测温点的布置
必须具有代表性和可比性，应以能真实反映出混凝土浇筑体内最高温升、芯部与表层温差、降温速率及环境温度为原则。沿浇筑的高度，应布置在底部、中部和表面，垂直测点间距一般为500～800㎜；平面则应布置在边缘与中间，平面测点间距一般为2.5～5m。为便于读数，可使用数字温度计温度计，其插入测点深度50㎜左右。主要量测2个温差，一是砼中心与表面的温差，可通过同一测温点的2支不同长度测温管进行量测；二是砼表面与大气的温差，可用短的测温管与空气中的温度对比而获得。要控制前者温差不大于25℃，后者温差不大于20℃。需要注意的是用此方法测温时，一个测温孔只能反映一个点的数据。不应采取通过沿孔洞高度变动温度计的方法来测竖孔中不同高度位置的温度。
2.4.3 测温频率
测温时间应持续28d，混凝土浇筑完毕后前3d，每2h测温1次；4～10d，每4h测温1次；11～18d，每6h测温一次；19～28d，每12h测温一次。测温记录，应列入施工组织计划重点监控，测温工作应由经过培训、责任心强的专人进行。作为对砼施工和质量的控制依据。
2.4.4 温控措施
砼浇筑时控制入模温度不高于30℃，浇筑成型后，在混凝土升温及降温早期，通过循环冷却水降温，从结构物的内部进行温度控制，也可以同时通过铺设塑料薄膜和麻袋等保温材料，或使用施工现场的碘钨灯以及定时喷浇热水、蓄存热水等办法减缓混凝土外表温度散发，以控制混凝土内外温差在限值内。在混凝土降温中后期，为加快降温速率，可采取白天掀开部分保温材料，晚上覆盖的方式。
3 采用纤维材料防治裂缝
在混凝土中掺入一定比例的纤维，实质上是形成一种复合材料，可以充分发挥纤维材料抗拉强度较好、抗弯和抗冲击性能的优势，弥补水泥混凝土材料的缺陷。因此，在水泥混凝土基材中掺加纤维是提高混凝土韧性和抗裂能力的有效途径。目前，常用的纤维有钢纤维、聚丙稀纤维等。
钢纤维具有较好的抗拉强度、延性好、高弹性模量等优点水泥混凝土浇筑后会因为水分蒸发而使混凝土体积发生变化，若无外界约束条件，自身的收缩为自由收缩；若有外界约束条件限制，此时为限制收缩，这种状态下，混凝土材质内部处于受拉状态，若收缩应力超过混凝土抗拉强度，就会产生裂缝。加入一定比例的钢钎维能有效分散和抵抗收缩应力，有效防止裂缝发生，另外钢钎维的粘结力也会降低裂缝尖端的应力集中，阻止微细裂缝的进一步发展。但是钢纤维价格较高，影响其广泛使用。
（表1）是某市市政研究院所作的掺加钢纤维与未掺加钢纤维混凝土的收缩对比试验。
表1 钢纤维水泥混凝土收缩对比试验
聚丙稀纤维是一种低弹模合成纤维，具有强度高、延性好、耐久性优良和价格低廉等特点。
将一定比例聚丙稀纤维掺入水泥混凝土后，依靠纤维与水泥基材的界面粘结，在未开裂的低应力水平下共同承受外力，由于聚丙稀纤维的弹性模模量低于水泥基材，当受外部拉力作用时，纤维产生的变形大于水泥基材，在水泥基材开裂前，纤维对基材变形难以起到限制作用，所以在水泥混凝土中加入一定比例的聚丙稀纤维可以起到防止或者减少裂缝的作用。
聚丙稀纤维掺入混凝土的比例需经试验确定，一般在按体积率的0.5%～1.0%掺量不会对混凝土强度产生影响。
综合上述，高弹性模量的钢纤维和低弹性模量的聚丙稀纤维在水泥混凝土破坏过程中起着不同的作用，聚丙稀纤维主要约束混凝土早期原生裂缝及微观裂缝，在低拉应力情况下起作用；钢纤维抗拉强度高，在宏观裂缝中可以起到显著阻裂作用。所以，两种纤维可以从不同阶段对水泥混凝土裂缝的产生和扩展起到约束作用，同时一定程度上提高混凝土的抗弯拉强度。
4 结论
综上所述，大体积混凝土在我国建筑项目中使用广泛，提高其施工质量有着积极的意义。由于大体积混凝土裂缝问题是受到多个因素影响的，所以我们必须要做好从设计到后期养护的每一个步骤，落实施工管理工作，严格做好每一个细节，不断总结经验，提高施工人员的素质，以此来防治大体积混凝土裂缝问题，提高混凝土的结构安全性。
参考文献：
[1]闫华.大体积混凝土裂缝形成原因及预防措施[J].广东建材，2011年第26期.
[2]高小楼，郑红涛.大体积混凝土裂缝的形成原因及防治措施探讨[J].建材与装饰，2012年第12期.
论文作者:陈远鹏
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/7
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 测温论文; 体积论文; 温度论文; 水泥论文; 应力论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;