大体积混凝土防裂技术
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【摘要】因为大体积混凝土具有体积大，一次性浇注量大，工程条件复杂等特点，因此较易产生结构裂缝，这对混凝土的耐久性乃至力学性能都有所影响。所以，大体积混凝土的防裂技术成为工程界普遍关注的课题之一。本文在相关理论的基础上，对大体积混凝土裂缝的产生原因进行了分析，并针对大体积混凝土的防裂问题提出了行之有效的对策，以期为工程实践提供指导。
【关键词】大体积混凝土；裂缝；防裂
1相关理论基础
1.1大体积混凝土的定义
目前世界各国对于大体积混凝土还没有一个明确是概念。日本学者认为结构断面最小厚度在80毫米以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温差大于25℃的混凝土，称为大体积混凝土。美國学者任务“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。依据这一规定，可以认为现在结果所运用的高品质混凝土大部分都可定义为大体积混凝土。
1.2混凝土裂缝的定义和分类
混凝土裂缝一般产生于结构施工期和运输期，通常可分为微观裂缝与宏观裂缝。微观裂缝在结构中的分布是不连续且不规则的，宽度通常小于0.05毫米，一般情况下肉眼是看不到的；宏观裂缝的宽度通常大于0.05毫米，它是由微观裂缝发展而来的。在混凝土结构中总是不可避免的存在着裂缝，对裂缝进行控制只能把裂缝的宽度控制在合理的范围内，而并不能彻底的消除裂缝。混凝土的裂缝按深度可分为三类，它们分别是表层裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。其中，表层裂缝分布在混凝土的表面，深度通常较浅，如果不继续发展一般不会对使用造成影响；深层裂缝是是由表层裂缝发展而来的，它部分切断了结构断面；贯穿裂缝则是由深层裂缝发展而来的，它可以将结果断面全部切断，因此对于安全会产生较大的威胁。
2大体积混凝土裂缝产生原因分析
大体积混凝土裂缝通常是由运行期或者施工期的温度改变而产生的，混凝土内部和外部的温度差会产生应力与应变，而结构内部约束和外部约束又会对这种应力和应变产生阻止作用，因此当结构的应力和应变大于极限值时就能够形成裂缝。所以，要想使混凝土不出现裂缝，就要使最大拉应力或应变不超过混凝土的抗拉极限。而形成混凝土裂缝的原因主要有三种，分别是水泥化热、环境温度和浇筑温度的影响、约束条件的影响和混凝土收缩的影响，下面分别对这些因素加以介绍。
2.1水泥水化热的影响
大体积混凝土在凝结硬化过程中，因为受到水泥的水化作用会产生大量的水化热，致使大体积混凝土的温度上升，而混凝土的导热系数又比较小，这样在混凝土的内部就会聚集大量的热量并且不容易扩散出去，混凝土内部温度就会迅速上升，而大体积混凝土的表面与空气接触，散热比较快，表面温度比较低，这样就会导致混凝土内部的温度高于外部的温度。《混凝土结构工程施工及验收规范》中规定：大体积混凝土内部和外部的温差不宜超过25摄氏度，进而形成较高的温度梯度，通过热胀冷缩现象可以知道，混凝土内部膨胀速率度比外部大，并且受到各种约束的影响，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，而当这种拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会在大体积混凝土的表明形成裂缝。
2.2环境温度与浇筑温度的影响
在施工过程中，环境温度对与混凝土的浇筑温度具有较大的影响，而如果浇筑温度较高，就会对混凝土的内部温度产生影响，导致混凝土内部温度升高，这样就会在混凝土的内部和外部之间形成较大的温度差，不利于混凝土防裂工作的开展。所以，为了避免混凝土裂缝的形成，应制定合理的浇筑方案，对浇筑温度加以控制。
2.3约束条件的影响
在施工期和运行期，各种结果都会收到收到外界约束的影响，在外界约束下会发生不同程度的变形而产出应力，导致结果形成裂缝。约束条件通常报告外约束和内约束两种形式。其中外约束是值结果的变形受到支座等外界因素的阻碍作用而产生的约束；内约束是指由于温度的作用而在结构内部产生的热胀冷缩致使各质点产生不均匀变形而引起的相互约束。通过以上分析可知，混凝土在温度的作用下会发生变形，这种变形收到约束作用的限制而产生应力，当应力超过抗拉极限时就会形成裂缝。
2.4混凝土收缩的影响
研究表明，混凝土凝结硬化只需要其中大约20%的水分，而剩余的80%的水分则被蒸发掉了。水分的蒸发会导致混凝土体积缩小，如果收缩作用受到约束限制，就能够形成裂缝。通常情况下，混凝土在收缩完成后会再处于水饱和状态，也就是说它能够恢复膨胀到之前的体积。在对裂缝进行计算时，一般要把收缩值换算成相当于引起同样温度变形时所需的温度值。
3大体积混凝土防裂措施
因为收到外部环境和水热化等作用的影响，在对混凝土进行浇筑以后会引起其内部温度的改变，而这种温度的改变会引起温差应力，在混凝土的变形量大于它的拉伸强度时，则会导致开裂。因此可以从以下几个方面防止大体积混凝土产生裂缝：第一种方法是设法增强大体积混凝土自身的抗裂能力，第二种方法是设法降低大体积混凝土内部和外部的温度差，第三种方法尽量减少外部条件对大体积混凝土变形的约束。以下分别对这三种方法进行介绍。
3.1增强大体积混凝土抗裂能力
（1）在混凝土中掺如微膨胀剂
微膨胀剂可以对混凝土的缝隙进行填充，进而占据了混凝土的收缩空间，起到补偿收敛的作用。微膨胀能够把混凝土的应力状态转化成自应力，使拉应力得到避免或者减小，进而实现混凝土的防裂。
（2）应用聚丙烯纤维网
聚丙烯纤维网对于增加混凝土的抗冲击性和耐磨性具有较好的效果，同时又不会降低大体积混凝土的抗压强度、抗冻性和渗透性，因此，采用聚丙烯纤维网可以增加混凝土的抗拉强度，进而防止收缩裂缝的产生。
（3）提高施工质量 可以从几下几个方面来提高混凝土的施工质量：第一方面，对原材料进行严格的控制；第二方面，做好施工缝接茬的处理；第三方面，采取二次振捣与二次抹面的措施；第四方面，对大体积混凝土进行潮湿养护；第五方面，通过配置限裂钢筋的方式降低应力集中程度。
3.2 降低内外温度差
（1）減小水化热温升
混凝土的水化反应会释放大量的热量，从而混凝土内部温度的升高，而混凝土的导热性差又会集聚能量。所以，我们可以从以下三个方面来控制大体积混凝土内部温度的升高：第一种方法是在选择水泥时，尽量选择低标号低水热化的水泥；第二种方法是采用掺加块石或者粉煤灰、使用缓凝型减水剂等方式来尽量减少水泥的用量。
（2）减小浇筑温度
在水化热温升一定的前提下，通过减小大体积混凝土入模温度与出机温度的方式可以有效降低混凝土内部的最高温度。具体可以采取的措施有以下三种：第一种措施是通过对部分原材料的温度加以控制来减小浇筑温度；第二种措施是在条件允许的前提下，尽可能在晚上进行混凝土的浇筑；第三种措施是对在运输与入模过程中混凝土温度的升高加以控制。
（3）控制混凝土内外温差
在正常施工的条件下，应该在混凝土的表面上挂铺一层塑料薄膜。为了防治冷击，在雨天需要在麻袋外再设一层薄膜。在冬季施工时，需要采用蓄热法进行保温养护，具体的方法是在混凝土的顶面铺设双层塑料薄膜，内夹三层草帘，外罩篷布或者加塑编织布。模板拆除后，在混凝土的层表面围保温被。
3.3降低外界约束
混凝土所受的外界约束主要分为下岩基的约束和新老混凝土的约束两种。约束应力与基岩和老混凝土的弹性模量呈正相关关系，如果混凝土的刚度一定，结构的越长约束应力也就越大。通常我们可以采取以下方法降低这两种约束：第一种方法是对结构段进行合理的划分，进而降低结构长度对约束力的影响；第二种方法是合理的设置水平和竖向的施工缝；第三种方法是尽量缩短混凝土浇筑的间歇期；第四种方法是尽量减小基底的约束；第五种方法是尽量减小混凝土温度降低的速度。
4结束语
本文在相关理论基础上对混凝土裂缝产生的原因进行了分析，并针对大体积混凝土的防裂问题提出了对策，对保证混凝土结构达到设计要求的耐久性具有十分重要的意义。
参考文献
[1] 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制.北京中国电力出版社，1998.
[2] 龚召熊.水工混凝土的温控与防裂.北京：中国水利水电出版社，1999.
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