大體積抗滲混凝土裂縫的成因和控制研究

黃鐘誠 賈更尕 張學珍 文培東 張 頂

大體積抗滲混凝土的尺寸超過1 m之后，在水泥硬化過程中很容易產生水化熱，會使混凝土產生出較大的拉應力和溫度應力，引發材料收縮變形。當前，各項工程中廣泛利用大體積抗滲混凝土，在各種因素的影響下很容易產生裂縫問題，導致其結構的耐久性穩固性受到影響，最終降低整體工程的質量和效率。為了防治大體積抗滲混凝土裂縫問題，施工單位需要分析裂縫種類和成因，并提出針對性的控制措施，以保障整體工程質量。

1 大體積抗滲混凝土裂縫種類概述

1.1 表面裂縫

大體積抗滲混凝土澆筑施工完成后，將會在內部不斷積累水化熱，逐漸提高混凝土內部溫度，膨脹混凝土體積。如果沒有對其進行養護，混凝土表面實施散熱后將會逐漸降低表面溫度，發生降溫收縮問題。此時，混凝土表面處于收縮的狀態，而內部處于膨脹的狀態，因此會產生拉應力，如果混凝土抗拉強度不符合需求，則將會引發裂縫問題，這種裂縫被稱作表面裂縫[1]。

1.2 深層裂縫

表面裂縫不斷發展，脫離約束后將會不斷向深處延伸，形成深層裂縫。其可切斷結構斷面，整體深度為3 ～5 cm，沿約束面的方向不斷向上延伸。深層裂縫處于連續狀態中，具有一定的危險性，會嚴重影響到大體積抗滲混凝土的施工質量。

2 大體積混凝土裂縫原因與預防關聯

根據大體積混凝土產生的類別，結合產生的原因，國內外科技工作性提出了不同的機理以及預防和解決的辦法。產生的種類、原因和預防措施之間的關系如圖1 所示。

圖1 大體積混凝土裂縫產生的原因與預防關聯圖（來源：網絡）

3 大體積抗滲混凝土裂縫成因

3.1 溫度應力引發的裂縫

在澆筑大體積抗滲混凝土的過程中，水泥發生水化現場不斷釋放熱量，而大體積抗滲混凝土體積較大，不利于釋放熱量，因此混凝土內部溫度不斷提高，增加了內外溫差，在大體積抗滲混凝土表面產生拉應力，內部產生壓應力，從而產生裂縫問題[2]。

完成混凝土澆筑工作，外部環境溫度直接影響大體積抗滲混凝土強度。在混凝土硬化階段，由于水泥水化作用不斷提高內部溫度，在高溫天氣中澆筑大體積抗滲混凝土將會增快水泥水化速度，同時也會加快混凝土強度發展。而在寒冷的天氣澆筑大體積抗滲混凝土將會降低水泥水化速度，降低混凝土強度，同時凝土空隙中的水分子引發膨脹問題，導致混凝土內部結構被破壞。混凝土在初凝階段整體強度較低，很容易發生損壞，而保持溫度的適宜性可以順利開展水泥水化過程，充分發展混凝土強度，從而滿足工程需求。

如果快速降低外界溫度，就會產生溫度應力，引發混凝土開裂問題，如圖2所示。完成混凝土澆筑工作后，一些施工單位沒有及時開展養護工作，將會影響水泥水作用，混凝土強度也會因此受到影響。如果沒有完成水化作用，將會導致混凝土內部變得更加疏松，繼而引發干縮裂縫問題，導致混凝土的耐久性受到影響。在混凝土成型后，施工單位需要加強控制周圍環境的濕度和溫度，充分實現水泥水化，進一步提高混凝土質量。

圖2 大體積抗滲混凝土溫差裂縫（來源 ：網絡）

3.2 沉降收縮和塑性收縮

混凝土在凝結過程中，粗骨料和大比重顆粒將會自然下沉，導致橫向體積增大的同時，豎向體積縮小，因此產生沉降收縮裂縫。在澆筑混凝土的過程中，外界溫度和風力將會加快混凝土表面的水分損失，快速收縮混凝土體積，從而形成塑性收縮裂縫[3]。混凝土在終凝前會產生泌水現象，完成混凝土澆筑工作后，如果混凝土表面蒸發速度較快，并且超過了泌水速度，混凝土結構將會產生拉應力，產生裂縫問題。由于外界環境因素具有不確定性，外界溫度較高，將會快速蒸發混凝土表面水分，急速收縮混凝土表層，在終凝之前混凝土具有較低的抗拉強度，因此很容易產生裂縫問題。

3.3 原材料引發的裂縫

水泥是混凝土的重要組成部分，直接影響到大體積抗滲混凝土的強度和耐久性等。因此，施工單位需要合理選擇水泥品種，如果品種選擇不合理將會引發裂縫問題。此外，施工單位要注意合理選擇水泥的強度等級，如果選用低強度水泥就會產生較多的水化熱，無法抵抗大體積抗滲混凝土內部的應力，引致裂縫問題[4]。

骨料在混凝土中發揮著穩固作用，因此選用的骨料質量關系到大體積抗滲混凝土性能。在選擇骨料的過程中，如果級配不符合標準或者具有較大的空隙率，就會增加水和水泥的用量，引發水化熱問題，從而產生裂縫。如果骨料中存在有害物質，很容易影響到混凝土的強度和耐久性等。此外，骨料中的硫化物和水泥發生化學反應，將會使混凝土體積膨脹，從而引發裂縫問題。

4 大體積抗滲混凝土裂縫控制措施

4.1 合理選擇大體積抗滲混凝土原材料

大體積抗滲混凝土各項指標比較高，因此需要提高大體積抗滲混凝土配合比的合理性，預防發生裂縫。施工單位需要根據施工條件合理選擇水泥品種和骨料以及外加劑等[5]。

4.1.1 選擇水泥

為了控制水化熱情況，施工單位選擇的水泥要具備較低水化熱，同時注意合理調整水泥細度模數，可以選擇粉煤灰硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥等。

4.1.2 選擇骨料

選擇粗骨料的過程中，要盡量選擇碎石，控制碎石粒徑在5 ～25 mm。因為利用較大粒徑的粗骨料可以優化整體級配，降低整體孔隙率，同時可以發揮出良好的和易性和抗壓性，減少水泥和水的用量，從而降低水化熱，避免產生裂縫問題。

選擇細骨料的過程中，要選擇中砂或者中粗砂，粒徑控制在0.5 mm 以內，同時要控制細骨料的含泥量在5%以內。中粗砂具有較小的孔隙率，可以減少水泥和水的用量，減少水化熱情況，有效控制大體積抗滲混凝土的收縮[6]。

4.1.3 選擇外加劑

施工單位需要結合施工要求合理選擇外加劑，合理改善大體積抗滲混凝土的和易性，減少運輸過程中的損失。同時控制混凝土放熱，從而降低裂縫問題的發生率。大體積抗滲混凝土外加劑比較多，在選擇減水劑的過程中，其包括普通減水劑和高效減水劑等，利用減水劑可以改善大體積抗滲混凝土的和易性，同時可以降低水灰比，提高混凝土強度，減少水泥用量，減少混凝土收縮，進而有效控制裂縫問題。

在高溫施工環境中，為了控制混凝土的坍落度，施工單位可以摻加緩凝劑，降低混凝土水化熱速度。引氣劑主要包括松香樹脂類和脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽類等，通過利用引氣劑可以控制混凝土的含水量，同時可以減少干縮變形和溫度收縮變形，提高混凝土的抗滲性。摻入膨脹劑，經過水化反應后將會產生一定程度的體積膨脹，因此需要控制混凝土凝縮體積。同時，水化反應后將會產生鈣礬石等，可以填充混凝土孔隙，提高混凝土的抗裂性和抗滲性。

4.2 合理選擇施工措施

一是加強控制混合料澆筑溫度。在實際施工中，石子和水的溫度關系到混合料出機溫度，因此施工單位在施工現場要注意遮陽處理砂石，可以利用管道輸送材料，同時要注意在管道外包裹草袋，并采用灑水降溫等措施。

二是控制混凝土溫度。將冷卻水管埋在混凝土中，利用循環水控制混凝土溫度。為了降低大體積抗滲混凝土的溫度，可以在基礎內部埋設降溫排管，并且分為上下兩層。利用Φ32 管壁鋼管，并且利用焊接連接方式，在每層布置“M”形降溫排管平面，控制降溫排管邊和模板半圓的距離在0.5 m 以上。

三是推廣新工藝。在實際施工過程中施工單位需要合理推廣新工藝，提高混凝土抗壓強度。通過利用二次振搗工藝可以提高混凝土結構的密實度，而利用砂漿裹石或者凈漿裹石工藝能夠避免集中水分，從而提高混凝土結構的抗壓強度。

四是分段分層連續澆筑。為了避免聚集熱量，施工單位需要利用分層連續澆筑措施。因為大體積抗滲混凝土工程量較大，具有較大的澆筑面積，不適合利用分層澆筑方法，所以可利用分段分層澆筑方式。

五是處理混凝土泌水。混凝土發生泌水問題將會導致大體積抗滲混凝土表面發生開裂問題，對此可以在側膜預留孔洞，負責排除泌出的水分。

六是處理表面裂紋。如果大體積抗滲混凝土表面產生裂紋，施工單位要利用刮尺刮平表面，然后均勻地涂刷水泥漿和聚合物，再利用滾筒反復碾壓，避免侵入水分[7]。

4.3 合理澆筑大體積抗滲混凝土

如果整體施工面積比較小，可以利用分層澆筑方式，而如果施工面積比較大，則可以利用分段分層澆筑方式。針對長條狀結構，需要利用斜面分層澆筑方式。不同的澆筑方式可以優化大體積抗滲混凝土性能，施工單位需要合理養護大體積抗滲混凝土，控制混凝土的含水量和表面溫度，避免產生裂縫問題。養護工作中，施工單位需要控制養護時間，在澆筑混凝土的過程中利用覆蓋等措施或者在表面噴灑養護劑。施工單位需要結合大體積抗滲混凝土特征和施工條件等合理選擇養護方法。遇到高溫或者強風等極端天氣，施工單位需要采取遮陽或者遮風措施，比如利用潮濕的麻布包裹混凝土表面，可以控制水分蒸發。

完成大體積抗滲混凝土澆筑工作后，需要立即開展養護工作。此外，施工單位要及時控制混凝土溫度，利用溫度探頭檢測混凝土內部溫度。如果外部環境發生變化，則需要及時采取保溫或降溫措施，從而有效穩定大體積抗滲混凝土的內外溫差。

5 結語

為了控制大體積抗滲混凝土的裂縫，施工單位需要分析裂縫的成因，提出針對性的控制措施，保障大體積抗滲混凝土的耐久性和穩定性，充分發揮其優勢，從而保障整體工程質量，促進我國建筑行業健康發展。