大體積混凝土防裂技術

■郭智鵬 ■中國人民武裝警察部隊水電第二總隊，江西 南昌 330000

1 相關理論基礎

1．1 大體積混凝土的定義

目前世界各國對于大體積混凝土還沒有一個明確是概念。(我國《大體積混凝土施工規范》GB50496－2009里規定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。)日本學者認為結構斷面最小厚度在80毫米以上，同時水化熱引起混凝土內部的最高溫度與外界氣溫差大于25℃的混凝土，稱為大體積混凝土。美國學者認為“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”。依據這一規定，可以認為現代結構所運用的高品質混凝土大部分都可定義為大體積混凝土。

1．2 混凝土裂縫的定義和分類

混凝土裂縫一般產生于結構施工期和運行期，通常可分為微觀裂縫與宏觀裂縫。微觀裂縫在結構中的分布是不連續且不規則的，寬度通常小于0.05毫米，一般情況下肉眼是看不到的;宏觀裂縫的寬度通常大于0.05毫米，它是由微觀裂縫發展而來的。在混凝土結構中總是不可避免的存在著裂縫，對裂縫進行控制只能把裂縫的寬度控制在合理的范圍內，而并不能徹底的消除裂縫。混凝土的裂縫按深度可分為三類，它們分別是表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫。其中，表層裂縫分布在混凝土的表面，深度通常較淺，如果不繼續發展一般不會對使用造成影響;深層裂縫是是由表層裂縫發展而來的，它部分切斷了結構斷面;貫穿裂縫則是由深層裂縫發展而來的，它可以將結果斷面全部切斷，因此對于安全會產生較大的威脅。

2 大體積混凝土裂縫產生原因分析

大體積混凝土裂縫通常是由運行期或者施工期的溫度改變而產生的，混凝土內部和外部的溫度差會產生應力與應變，而結構內部約束和外部約束又會對這種應力和應變產生阻止作用，因此當結構的應力和應變大于極限值時就能夠形成裂縫。所以，要想使混凝土不出現裂縫，就要使最大拉應力或應變不超過混凝土的抗拉極限。而形成混凝土裂縫的原因主要有三種，分別是水泥化熱、環境溫度和澆筑溫度的影響、約束條件的影響和混凝土收縮的影響，下面分別對這些因素加以介紹。

2．1 水泥水化熱的影響

大體積混凝土在凝結硬化過程中，因為受到水泥的水化作用會產生大量的水化熱，致使大體積混凝土的溫度上升，而混凝土的導熱系數又比較小，這樣在混凝土的內部就會聚集大量的熱量并且不容易擴散出去，混凝土內部溫度就會迅速上升，而大體積混凝土的表面與空氣接觸，散熱比較快，表面溫度比較低，這樣就會導致混凝土內部的溫度高于外部的溫度。《混凝土結構工程施工及驗收規范》中規定：大體積混凝土內部和外部的溫差不宜超過25攝氏度，進而形成較高的溫度梯度，通過熱脹冷縮現象可以知道，混凝土內部膨脹速率度比外部大，并且受到各種約束的影響，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，而當這種拉應力大于混凝土的抗拉強度時，就會在大體積混凝土的表面形成裂縫。

2．2 環境溫度與澆筑溫度的影響

在施工過程中，環境溫度對與混凝土的澆筑溫度具有較大的影響，而如果澆筑溫度較高，就會對混凝土的內部溫度產生影響，導致混凝土內部溫度升高，這樣就會在混凝土的內部和外部之間形成較大的溫度差，不利于混凝土防裂工作的開展。所以，為了避免混凝土裂縫的形成，應制定合理的澆筑方案，對澆筑溫度加以控制。

2．3 約束條件的影響

在施工期和運行期，各種結果都會受到外界約束的影響，在外界約束下會發生不同程度的變形而產出應力，導致結果形成裂縫。約束條件通常報告外約束和內約束兩種形式。其中外約束是指結構變形受到支座等外界因素的阻礙作用而產生的約束;內約束是指由于溫度的作用而在結構內部產生的熱脹冷縮致使各質點產生不均勻變形而引起的相互約束。通過以上分析可知，混凝土在溫度的作用下會發生變形，這種變形受到約束作用的限制而產生應力，當應力超過抗拉極限時就會形成裂縫。

2．4 混凝土收縮的影響

研究表明，混凝土凝結硬化只需要其中大約20%的水分，而剩余的80%的水分則被蒸發掉了。水分的蒸發會導致混凝土體積縮小，如果收縮作用受到約束限制，就能夠形成裂縫。通常情況下，混凝土在收縮完成后會再處于水飽和狀態，也就是說它能夠恢復膨脹到之前的體積。在對裂縫進行計算時，一般要把收縮值換算成相當于引起同樣溫度變形時所需的溫度值。

3 大體積混凝土防裂措施

因為收到外部環境和水熱化等作用的影響，在對混凝土進行澆筑以后會引起其內部溫度的改變，而這種溫度的改變會引起溫差應力，在混凝土的變形量大于它的拉伸強度時，則會導致開裂。因此可以從以下幾個方面防止大體積混凝土產生裂縫：第一種方法是設法增強大體積混凝土自身的抗裂能力，第二種方法是設法降低大體積混凝土內部和外部的溫度差，第三種方法盡量減少外部條件對大體積混凝土變形的約束。以下分別對這三種方法進行介紹。

3．1 增強大體積混凝土抗裂能力

3．1.1 在混凝土中摻如微膨脹劑

微膨脹劑可以對混凝土的縫隙進行填充，進而占據了混凝土的收縮空間，起到補償收斂的作用。微膨脹能夠把混凝土的應力狀態轉化成自應力，使拉應力得到避免或者減小，進而實現混凝土的防裂。

3．1.2 應用聚丙烯纖維網

聚丙烯纖維網對于增加混凝土的抗沖擊性和耐磨性具有較好的效果，同時又不會降低大體積混凝土的抗壓強度、抗凍性和滲透性，因此，采用聚丙烯纖維網可以增加混凝土的抗拉強度，進而防止收縮裂縫的產生。

3．1.3 提高施工質量

可以從幾下幾個方面來提高混凝土的施工質量：第一方面，對原材料進行嚴格的控制;第二方面，做好施工縫接茬的處理;第三方面，采取二次振搗與二次抹面的措施;第四方面，對大體積混凝土進行潮濕養護;第五方面，采用整體分層連續澆筑施工或推移式連續澆筑施工;第六方面，留置變形縫;第七方面，采用跳倉法進行施工。

3．2 降低內外溫度差

3．2.1 減小水化熱溫升

混凝土的水化反應會釋放大量的熱量，從而混凝土內部溫度的升高，而混凝土的導熱性差又會集聚能量。所以，我們可以從以下兩個方面來控制大體積混凝土內部溫度的升高：第一種方法是在選擇水泥時，盡量選擇低標號低水熱化的水泥;第二種方法是采用摻加塊石或者粉煤灰、使用緩凝型減水劑等方式來盡量減少水泥的用量。

3．2.2 減小澆筑溫度

在水化熱溫升一定的前提下，通過減小大體積混凝土入模溫度與出機溫度的方式可以有效降低混凝土內部的最高溫度。具體可以采取的措施有以下三種：第一種措施是通過對部分原材料的溫度加以控制來減小澆筑溫度;第二種措施是在條件允許的前提下，盡可能在晚上進行混凝土的澆筑;第三種措施是對在運輸與入模過程中混凝土溫度的升高加以控制。

3．2.3 控制混凝土內外溫差

在正常施工的條件下，應該在混凝土的表面上掛鋪一層塑料薄膜。為了防治冷擊，在雨天需要在麻袋外再設一層薄膜。在冬季施工時，需要采用蓄熱法進行保溫養護，具體的方法是在混凝土的頂面鋪設雙層塑料薄膜，內夾三層草簾，外罩篷布或者加塑編織布。模板拆除后，在混凝土的層表面圍保溫被。另外，埋設冷卻水管也是行之有效的大體積混凝土溫控防裂措施，它能有效降低混凝土內部的最高溫度，把混凝土內部溫度降低到接縫灌漿溫度，同時減小內外溫差。

3．3 降低外界約束

新澆筑混凝土所受的外界約束主要分為下伏基巖的約束和新老混凝土之間的約束兩種。約束應力與基巖和老混凝土的彈性模量呈正相關關系，如果混凝土的剛度一定，結構的越長約束應力也就越大。通常我們可以采取以下方法降低這兩種約束：第一種方法是對結構段進行合理的劃分，進而降低結構長度對約束力的影響;第二種方法是合理的設置水平和豎向的施工縫;第三種方法是盡量縮短混凝土澆筑的間歇期;第四種方法是采取在機器開挖后由人工進行整平、在基巖面上設粗砂滑動層、盡量將墊層表面做平整光滑等方式來減小基底的約束;第五種方法是盡量減小混凝土溫度降低的速度。

3．4 布設溫測點

可以在每個施工流水段分別布置大體積混凝土測溫點，來加強對大體積混凝土溫度的監測。測溫點應具有一定的代表性，真實反映混凝土塊體的內外溫差、降溫速度等。混凝土測溫點的布置原則為：在測溫區內，溫度監測的位置與數量根據基礎底板的溫度場的分布情況及溫控的要求為準。

4 結 論

本文在相關理論基礎上對混凝土裂縫產生的原因進行了分析，并針對大體積混凝土的防裂問題提出了對策，對保證混凝土結構達到設計要求的耐久性具有十分重要的意義。

［1］朱伯芳．大體積混凝土溫度應力與溫度控制．北京中國電力出版社，1998．

［2］龔召熊．水工混凝土的溫控與防裂．北京：中國水利水電出版社，1999．