大体积高强混凝土施工简析
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摘要:近年来，随着房地产业的兴起，我国的建筑施工技术得到飞速发展，工程建设的规模越来越大型化，建筑施工中也时常地涉及到大体积混凝土的施工。现在施工中普遍使用的商品混凝土和大坍落度混凝土的开裂现象一直比较普遍，加之现在所生产的水泥放热速度较过去大为提高，这使得大体积混凝土的温度裂缝问题日益突出，已成为普遍性的问题。本文主要分析了大体积高强混凝土产生裂缝的原因，提出了控制措施。
关键词:大体积高强混凝土裂缝原因防治措施
进入21世纪以来，建筑施工技术飞速发展，随着工程建设的规模越来越大型化，混凝土体积由几百立方米逐渐增大到几万立方米，建筑施工中时常涉及到大体积混凝土的施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。由于现在施工中普遍使用的是商品混凝土和大坍落度混凝土，而此类混凝土的开裂现象一直比较普遍，加之现在所生产的放热速度较过去大为提高的水泥，这使得大体积混凝土的温度裂缝问题更加严重。
大体积混凝土温度裂缝是一个十分复杂的问题，预防和控制其产生是人们一直在致力解决的问题。本文总结分析了国内的研究成果，分析了大体积混凝土裂缝的类型，对大体积混凝土裂缝的成因进行了分析总结。
一、裂缝原因分析
大体积混凝土产生裂缝的原因可分为二类:
(1) 由外荷载引起的裂缝,也即结构性裂缝。
(2) 由变形变化引起的裂缝,包括温度、湿度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝,也即非结构性裂缝。本文主要介绍和讲解非结构性裂缝的形成原因。
1、水泥在水化过程中产生大量的热量
水泥在水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出的热量达502.42J/g，因而使混凝土内部的温度升高，它在1～3天内放出的热量是总热量的一半。混凝土内部的最高温度多发生在浇筑后3～5天内，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，温度应力与温度成正比。而混凝土内部的温度与混凝土及水泥用量有关，即混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的可能性也越大，当这种温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。因此，防止混凝土出现裂缝的关键就是控制混凝土内部与表面的温差。
2、内外约束条件的影响
大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时，受到下部地基的限制，因而产生外部约束力。混凝土在早期温度上升时，混凝土的弹性模量小，徐变和应力松驰度大，因而压应力较小。但当温度下降，产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土会产生垂直裂缝。混凝土内部由于水泥的水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心产生压应力，在表产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度和钢筋的约束作用时，同样会产生裂缝。
3、混凝土的收缩变形
混凝土的收缩变形包括混凝土的塑性变形、体积变形、干燥收缩和混凝土匀质性的影响。混凝土中80%的水分要蒸发，20%的水分是水泥硬化所必需的。随着混凝土的继续干燥而使20%的吸附水溢出，就会出现干燥收缩。而表面比中心干燥得快，因而在表面产生拉应力而出现裂缝。
4、设计不合理引起的裂缝
混凝土设计钢筋含量偏低,间距过大,钢筋不能有效抵消混凝土内部足够的拉应力,从而导致裂缝。在钢筋周围混凝土受到约束不能很自由发生形变。如果钢筋直径偏大,约束很强,钢筋周围混凝土将产生很大的应力。另外,设计混凝土保护层过薄,也易使混凝土表面出现裂缝。大体积混凝土设计成高标号,由于其脆性大为增加,抗拉能力降低,在其它条件相同情况下,对各种因素的敏感程度大为提高。同时混凝土强度高,约束增强,也是造成混凝土表面产生裂缝的重要原因。本工程井壁内层采用内钢筒结构,内钢筒通过锚卡与混凝土连结,使混凝土受到边界约束,在锚卡周围混凝土也受到强的约束,对混凝土自由形变非常不利。
5、选用材料不合理引起的裂缝
水化热主要是水泥中矿物组份在水化过程中所放出的热量。因此,选用合适的水泥对预防混凝土产生裂缝至关重要。选用中、低热水泥或大坝水泥有利于降低水化热,但低热水泥混凝土收缩性较高,且价格高于普通水泥。另外,水泥改标后,其比表面积比改标前大为提高,虽然能增加水泥的抗压强度,但不利于混凝土水化热的散发和延缓放热速度,容易产生应力聚集。骨料的品种、粒径对混凝土收缩也有很大影响。骨料的粒径大,混凝土收缩小,有利于混凝土水化热散发,但不利于混凝土强度的提高,特别是高强度混凝土。
6、施工不合理引起的裂缝
(1) 浇筑混凝土时倒灰不均匀,用振动棒找平时,往往是混凝土中石子一振已下沉,多为砂浆或石子偏少的混凝土往两边跑,造成砂浆积聚,使局部混凝土中相对水泥含量增加,此处容易产生大的温度应力与收缩应力,造成裂缝。
(2) 混凝土振捣时过振,造成粗骨料下沉,细骨料留在上层,强度不均匀。特别是最上一段混凝土,过振造成细骨料集中在上部,极易产生收缩裂缝。
7、外界气温变化的影响
混凝土内部温度是由于水泥水化热的绝对温度、浇筑温度和混凝土的散热温度三者的叠加，其中浇筑温度与外界气温有直接关系。外界气温越高，浇筑温度也越高。当温度下降快，会大大增加外层与内部混凝土的温度梯度，从而产生温差和温度应力，使大体积混凝土出现裂缝。因此控制混凝土表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。
二、防治措施
1.设计措施
（1）精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。
（2）增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。
（3）避免结构突变产生应力集中。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
（4）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。
（5）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施 工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。
2.原材料控制措施
（1）尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)，或利用混凝土的后期强度(90 d～180d) 以降低水泥用量，减少水化热(因为每加减10 kg水泥，温度会相应增减1 ℃，水化热与水泥用量成正比) 。在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。因为这种水泥在水化膨胀期（1～5 d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力可部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。
（2）适当搀加粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水等。
（3）选择级配良好的骨料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%～83%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。一般来说，可以选用粒径4 mm～40mm的粗骨料，尽量采用中砂，严格控制砂、石子的含泥量(石子在1 %以内，砂在2 %以内) 。控制水灰比在0.6 以下。还可以在混凝土中掺缓凝剂，减缓浇筑速度，以利于散热。另外还可以考虑在大体积混凝土中掺加坚实无裂缝、冲洗干净、规格为150mm～300mm的大块石。掺加大块石不仅减少了混凝土总用量，降低了水化热，而且石块本身也吸收了热量，使水化热能进一步降低，对控制裂缝有一定好处。
（4）适当选用高效减水剂和引气剂，这对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。
3.施工方法控制措施
大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，降温速度不应超过0.5 ℃～1.0 ℃/h。对大型设备基础可采用分块分层浇筑(每层间隔时间5d～7d)，分块厚度为1.0m～1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时，在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层(浇二度沥青胶撒铺5 mm 厚砂子或铺二毡三油) ，底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少约束作用。此外，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。尽量采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。还可根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。
4.温度控制措施
混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极其敏感的。当混凝土从零应力温度降低到混凝土开裂温度时，混凝土拉应力超过了此时的混凝土极限拉应力。因此，通过应降低混凝土内水化热温度和混凝土初始温度，减少和避免裂缝风险。
参考文献：
[1]周真云.大体积高强混凝土施工裂缝及控制措施.西部探矿工程,2004年第6期
[2]曾伟星.大体积混凝土裂缝控制.建材与装饰，2007年
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