浅谈大体积混凝土裂缝问题
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摘要： 在水利工程中经常会用到尺寸较大的混凝土结构，由于混凝土的施工和本身因素，大体积混凝土会产生大量表面裂缝和贯穿性裂缝。大体积混凝土施工中的裂缝控制是一个较复杂的问题，且这一问题带有普遍性。本文对大体积混凝土裂缝类型及裂缝产生原因进行了探讨，并提出了相应的防治措施。
关键词： 大体积混凝土；裂缝成因；防治措施
水利工程大体积混凝土结构物, 由于其截面尺寸较大, 一般由外荷载引起裂缝的可能性较小, 但由于水泥在水化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的作用, 会产生较大的温度应力和收缩应力, 这将成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要原因。因为裂缝的存在和发展，破坏了水工建筑物结构的整体性，影响了水工建筑物的结构受力状况，给水工建筑物结构的运行带来不确定性，而且由于裂缝的存在，容易导致水工建筑物内钢筋锈蚀，降低水工建筑物结构的耐久性，危及水工建筑物结构的稳定性。
1大体积混凝土裂缝成因
大体积混凝土裂缝产生的原因是多方面的，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格，水泥品种、用量、掺合料、化学添加剂，还包括施工工艺，环境温度，骨料温度，养护条件等，产生裂缝的原因归纳起来通常有以下几点。
1．1温差裂缝
混凝土结构硬化期间，水泥会释放大量的水化热，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。研究表明，水泥水化热在1～3d内放出的热量最多，大约占总热量的50%左右，混凝土浇筑3～5d内内部的温度最高。由于混凝土的导热性能较差，如果散热措施不及时，内部温度就会不断上升，混凝土内部与混凝土表面就形成较大的温差，受温度影响混凝土内部膨胀高于外部，使混凝土内部产生压应力,表面将受到很大的拉应力。此时, 混凝龄期较短, 抗拉强度较低，当温差产生的表面拉应力超过混凝土极限抗拉强度, 则会在混凝土表面产生裂缝。
1．2 收缩裂缝
混凝土在逐渐散热和硬化过程中引起的收缩应力是很大的, 特别是大体积混凝土结构物, 如果应力超过当时的混凝土极限抗拉强度, 就会在混凝土中产生收缩裂缝。收缩裂缝主要包括塑性收缩裂缝和干燥收缩裂缝。混凝土塑性收缩裂缝形成过程与混凝土的泌水有关，混凝土在浇筑后的头几个小时内还处于塑性状态，如果混凝土出现泌水现象，在重力作用下混合料中的固体颗粒有向下沉移而水向上浮动的倾向，一部分水泌到混凝土的外表面，称为外泌水，另一部分被截留在钢筋及粗骨料的下面形成水囊，水分蒸发后产生孔隙及界面裂缝，这部分水称为内泌水。只有当水泥水化产生的胶结强度足以阻止固体颗粒相对运动或者各种固体颗粒经过迁移已达到紧密堆积状态时，沉积相对停止，泌水才告结束。泌水使混凝土的体积缩小，促成了混凝土塑性裂缝的产生。混凝土在结硬时，体积要缩小，产生收缩变形，当受到约束时，就可能导致裂缝的产生。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果，混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。
1．3 安定性裂缝
水泥安定性不合格，达不到国家标准，也会产生裂缝，形成安定性裂缝，其表现形式是龟裂。
2 裂缝的控制措施
2．1 对收缩裂缝的防治
在混凝土配置过程中应注意所选用的水泥品种、水泥用量及水灰比的控制, 骨料、掺和料和外加剂的选用等。
2．1．1 水泥的选用
应选用低发热量、低含碱量、初期强度高、塑性性能好、初凝期长的水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥、大坝水泥等。水泥运进工地以后应当严格地进行检验, 并进行混凝土试验。
2．1．2 水泥用量及水灰比
在满足混凝土的流动性、粘聚性和保水性等条件下,混凝土配制时, 尽量减少水泥用量及单位用水量, 降低水灰比，并在混凝土中掺加粉煤灰和外加剂等，以降低水泥用量，减少水化热，
2．1．3砂石骨料
选用良好级配的骨料，严格控制砂石质量。骨料的选择主要考虑施工结构的致密性，所选骨料具有足够的强度，且级配合理，在相同水灰比的情况下可减少水和水泥的用量。粗骨料要满足有关标准和规范要求，如骨料表面干净，不含杂质等。在细骨料的选择中，优先选用优质的中、粗砂，细度模数宜在2.6-2.9之间，确保砂子表面洁净，不含杂质，含泥量不能超过3%。
2．1．4掺和料
水泥掺和料应当采用经过试验的、符合要求的活性材料,否则掺用不合格料也会影响混凝土的强度和寿命。水泥外掺剂主要是粉煤灰，粉煤灰只要细度与水泥颗粒相当,烧失量小,含硫量和含碱量低,需水量比小,均可掺用在混凝土中使用。混凝土中掺用粉煤灰后,可高混凝土的抗渗性、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。
2．1．5外加剂
混凝土中掺加一定量的外加剂，如减水剂、缓凝剂等，能提高混凝土的和易性，使用水量减少20％左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延长到5h左右。高效减水剂和引气剂复合使用能减少大体积混凝土单位用水量和水泥用量, 改善混凝土拌和物的流动性、保水性，降低水热化，推迟热峰出现的时间，是混凝土向高性能化发展的不可或缺的重要组分, 应积极使用。
2．2对温差裂缝的防治
温差裂缝，即混凝土水化热引起的内部温度与混凝土表面的温差过大而导致的混凝土裂缝。引起水化热大的因素,除水泥用量、单位用水量、掺和料和外加剂选用等混凝土配置上的因素外,还存在施工中的控制问题。因此,施工技术对于温差裂缝的控制也是极其有效的方法。
2．2．1减小浇筑层厚度
大体积混凝土结构的浇筑方案, 可分为全面分层、分段分层和斜面分层三种。全面分层法要求混凝土浇筑强度大, 斜面分层法混凝土浇筑强度小, 施工中可根据结构物的具体尺寸、捣实方法和混凝土供应能力, 选择浇筑方案, 目前应用较多的是斜面分层法。这种自然流淌形成斜坡的混凝土施工方法，能较好地适应泵送工艺，避免混凝土输送管道经常拆除、冲洗和接长，从而提高泵送效率，保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。
2．2．2加强混凝土的浇灌振捣, 提高密实度
混凝土的捣实就是使入模的混凝土完成成型与密实的过程。混凝土浇筑入模后应立即进行充分的振捣, 使新入模的混凝土充满摸板的每一角落, 排出气泡, 使混凝土拌和物获得最大的密实度和均匀性。体积较大的混凝土最好采用两次振捣技术, 改善混凝土强度, 提高抗裂性。
2．2．3 采用综合措施, 控制混凝土初始温度
①限制混凝土拌和物的出料口温度。在气温较高的季节, 刚刚出机口的混凝土拌和物料往往温度过高, 必须采取人工降温措施。例如采用冷水喷淋预冷骨料, 或风冷骨料, 采用低温水(如加冰屑水、夏季的地下井水)作拌合水，可降低混凝土入模温度，从而降低内部温度积累值，减少内外温差。
②在大体积混凝土内敷设循环冷却水管, 进行通水冷却。
2．2．4混凝土养护和拆模时间控制
混凝土养护是大体积混凝土施工中一项关键环节，为确保混凝土施工质量，应加强早期养护工作。混凝土浇筑后，应及时用草席、草袋等材料覆盖，并洒水养护，达到保温、保湿，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节，混凝土表面必须采取保温措施。同时混凝土应尽可能晚拆模, 拆模后混凝土表面温度不应下降15 ℃以上。
2．3 对安定性裂缝的防治
混凝土体积安定性是指水泥硬化过程中, 体积变化是否均匀的性能。水泥安定性不良会导致构件产生膨胀性裂纹或翘曲变形, 造成质量事故。引起安定性不良的主要原因是熟料中游离氧化钙或游离氧化镁过剩或石膏掺量过多。混凝土配料时要严格检查其成分, 已免采用安定性不合格的水泥。
3裂缝的处理
在进行上述措施之后,只要方法到位，通常可避免危害性裂缝的产生，但有时仍无法全面消除裂缝, 针对产生的裂缝，可根据不同情况进行补强处理。常用的修补方法有表面处理、灌浆处理和结构加固等方法，本文不再赘述。
4结论
综上所述,大体积混凝土的裂缝问题, 只要在混凝土的选料、配置、施工过程中严格控制, 是可以预防的。裂缝是水工建筑物混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低利建筑物的抗渗能力，影响水工建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性。所以，必须对混凝土裂缝进行深入细致的调查研究，区别对待，在施工中采取各种有效的措施来预防裂缝的出现和发展，以保证水利工程建筑物的安全。
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