施工过程中大体积混凝土裂缝的控制与措施

钟浩

摘要：大体积混凝土的裂缝处理相对于普通裂缝的处理技术难度大。本文对大体积混凝土施工过程中的裂缝控制进行了阐述，并给出了大体积混凝土裂缝的处理方法。

关键词：施工过程；大体积混凝土；裂缝；控制；措施

1.引言

一般认为大体积混凝土是体积很大的现场浇注的混凝土，其尺度大到必须采取措施以对付水泥水化发出的热量及伴随发生的体积变化，尽量减少温度裂缝。直观一点讲，块体最小尺度大于2m左右的混凝土，就可以认为是大体积混凝土。当然这不是一个绝对值限值。混凝土坝是典型的大体积混凝土。其他如闸、船坞、港口建筑、大型基础、核电站压力容器和安全壳等结构的混凝土，一般都可属于大体积混凝土。不同类型的大体积混凝土结构，由于所处的工作环境不同，对混凝土的要求也不完全相同，但各大体积混凝土的共同要求是控制温度，减少裂缝。核电站压力容器和安全壳的混凝土，对防止出现裂缝的要求尤为严格。一般认为是体积很大的现场浇注的混凝土，其尺度大到必须采取措施以对付水泥水化发出的热量及伴随发生的体积变化，尽量减少温度裂缝。

不同类型的大体积混凝土结构，由于所处的工作环境不同，对混凝土的要求也不完全相同，但各大体积混凝土的共同要求是控制温度，减少裂缝。核电站压力容器和安全壳的混凝土，对防止出现裂缝的要求尤为严格。

2. 裂缝产生的原因分类及其危害

2.1 裂缝产生原因

大体积混凝土自浇注开始，就要经受外界环境和其本身的各种因素的作用，使混凝土中任一点的位移和变形不断地变化，从而产生了应力。一般情况下，当应力超过了混凝土中的极限强度，或其应力变形超过了混凝土的极限变形值，由混凝土构成的结构物就要产生裂缝。裂缝发展到严重程度，结构物因失去荷载能力而破坏。因此从力学观点分析，可以认为结构物有其本身的承载力或抗裂能力，设计者用这种结构的抗裂能力来抵御外界的或其本身的破坏力。这种破坏力综合起来可分为以下几种：

（1）温度应力。包括由结构混凝土本身水化热产生的和由环境温度变化产生的。

（2）干缩应力。由于混凝土的水分扩散系数极小，结构水分的散失，多数发生在混凝土表层很浅的部位，而且拉应力也产生在这个部位。

（3）外荷载应力。包括自重、水压、泥沙压力、扬压力、地震力、冻水压力、冰压力、设备重量及其他设计考虑的活荷载及死荷载。

（4）基础变形和模板走样产生的应力。

（5）膨胀力产生的应力。包括冻融破坏、碱-骨料反应、钢筋锈蚀、水泥不安定及硫酸盐侵蚀等。

（6）自生体积变形应力。可能是膨胀变形，也可能是收缩变形。前者会增加压力，后者会产生拉应力。

众所周知，混凝土的抗压强度和极限压缩变形值一般较高，但其抗拉强和极限拉伸值却相当低。如抗拉强度仅为抗压强度的1/8～1/20；极限拉伸值也低。因而一般发生在大体积混凝土中的裂缝，绝大多数是拉应力超过了混凝土的抗拉强度，或拉伸应变超过了混凝土的极限拉伸值而产生的。由于混凝土本身存在着抗拉强度低、极限拉伸值小这种缺点，而水工混凝土又多半是大体积素混凝土和少筋混凝土，所以要想避免结构产生裂缝，不是轻而易举的。

2.2裂缝分类

裂缝就其开裂程度可分为表面的，贯穿的；就其在结构物表面形状可分为网状裂缝、爆裂装裂缝、不规则短裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝等；裂缝按其发展情况可分为稳定的和不稳定的、能愈合的和不能愈合的；裂缝按其产生的时间可分为混凝土硬化之前产生的塑性裂缝和硬化之后产生的裂缝；裂缝按其产生的原因可分为荷载裂缝和变形裂缝。荷载裂缝是指因动、静荷载的直接作用引起的裂缝。变形裂缝是指因不均匀沉降、温度变化、湿度变异、膨胀、收缩、徐变等变形因素引起的裂缝。

水电工程一般将裂缝分为贯穿缝、深层缝及表面缝3 种。贯穿缝指贯穿全仓的水平、铅直缝或坝块缝深大于两个浇注块，或侧面缝长大于8～10 米或1/3 坝块宽度的裂缝。其中以基础混凝土贯穿缝最为严重，它破坏坝的整体性，如不处理将改变大坝运用期的应力状况。深层缝的表面缝宽0.2～0.4mm，深1～5m，长度大于2m，小于1/3 坝块宽度或贯穿2～3 个浇注层（层厚小于3m）。此类缝多由表面缝逐渐扩展而成，其危害程度逊于贯穿缝，一般也应进行处理，或仅作表面封闭处理。

表面缝占全部裂缝的绝大部分，缝窄浅，有时可自行封闭。其危害程度较小，除上游面较大的表面缝应进行封闭处理外，一般不需处理。目前此类缝很难避免，但亦应重视，及时改变形成裂缝的条件，防止逐步发展成为深层裂缝。永久暴露坝面也要注意影响外观，在防护措施上应从防裂着手。

3.大体积混凝土裂缝控制

3.1施工过程控制

施工过程中必须注意保温保湿的养护措施，热别是早期养护如花管淋水（夏季重点）、塑料薄膜覆盖、草袋保温（冬季重点），尽早执行（浇灌后约6h）浇灌后3～4h进行两次抹压。现场严格控制混凝土的水灰比及坍落度，注意振捣质量，不得过振，也不得超振，不应现场加水，不得在雨中浇灌混凝土，注意现场放风及太阳直射，尽可能早起回填土。应当根据不同季节采取不同施工及养护方法，注意不加覆盖的简易淋水对养护作用极微，应当覆盖薄膜及草袋在上部较长时间淋水（7～14d），才能取得良好养护效果。

3.2材料控制

混凝土搅拌站除了注意混凝土的强度要求外，还应该了解混凝土的具体应用特点，大体积混凝土性质的要求，控制由于变形作用引起的裂缝。优选有利于混凝土抗拉性能的级配。应特别注意选择对收缩变形及水化热影响较小的外加剂及掺和料，对于常规混凝土尽可能采用普通减水剂或中效减水剂，对于高强及高性能混凝土宜采用高效减水剂。混凝土的抗压强度不要留有过多的余地。大体积混凝土尽可能利用60d或90d强度。搅拌站应当经常作强度分析，减少变异性；检查称量装置确保无误，检查自动控制设备确保在严酷的工作环境中设备的稳定性。新型材料对比收缩实验应当自然养护，时间不应少于6个月。关于外加剂掺和料作为第五组分和第六组分应加以重视，但是有关体积稳定性的研究上尚未能定量。试块的高性能不能代表结构的高性能。近期的研究表明，高掺量掺和料混凝土的收缩大于普通混凝土，高强混凝土的收缩大于高掺量掺和料混凝土。简易根据结构不同部位采取不同掺量。

3.3环境方面

注意施工的季节，环境的温湿度及气象变化对混凝土变形性能的影响，严格控制现场坍落度、防风、及时和气象站保持紧密联系，应当尽可能在较低的温度环境中开始浇灌混凝土，中间特别注意急剧降温、几句干燥对混凝土的不利影响。注意暴雨中不能浇灌混凝土。

3.4管理方面

应当确定科学的控制裂缝标准，合理的选择施工进度，避免在混凝土施工中过分抢工期，监督混凝土施工中制定的各项技术措施，必须严格执行。不應当预先制定设计及施工单位必须选用材料及施工方法，设计图纸上不应指定施工单位采用尚不成熟的外加剂。施工过程中及验收后发现有少量的裂缝，应当采取化学灌浆方法和封闭方法加以处理，轻微的收缩裂缝不应作为“事故”处理，也不应降低工程质量标准，采取适当措施以确保结构物的正常耐久使用，完全满足设计要求。

4.小结

裂缝处理是确保结构耐久性的维护措施。处理裂缝的时间以裂缝发展基本稳定，在春秋动季节为宜。不采用任何特殊外加剂和特殊掺和料及特殊施工方法，而是采用普通混凝土施工工艺，只是要求严格执行。只要精心设计、精心施工、精心供料，并严格认真执行，就能减小裂缝概率。

参考文献：

[1]韩素芳. 钢筋混凝土结构裂缝控制指南.化学工业出版社.2006

[2]彭立海等.大体积混凝土温控与防裂.黄河水利出版社. 2008

[3]田雨泽等. 大体积混凝土裂缝控制的应力计算与分析.鞍山钢铁学院学报.2002