东莞市振惠通混凝土有限公司
摘要：分析研究了大体积混凝土裂缝的成因，提出了优选混凝土原材料、降低水泥水化热、减小混凝土收缩变形；削减温度应力，提高混凝土极限拉伸强度；降低混凝土骨料温度、入模温度、浇筑温度，加强测温工作控制内外温差；掺外加剂和外掺料，主动控制混凝土绝热温升等施工防裂技术措施，结合工程实例探讨了大体积混凝土施工裂缝控制技术。
1裂缝成因
混凝土结构宏观裂缝产生的原因主要有三种，一种是由外荷载引起的，即按常规计算的主要应力引起的；二是结构次应力引起的裂缝，是由于结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的；三是变形应力引起的裂缝，是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形，当变形受到约束时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉极限强度时就产生裂缝。本文只探讨变形裂缝。大体积混凝土硬化期间水泥水化过程释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩，以及外界约束条件的共同作用，所产生的温度应力和收缩应力，是导致混凝土结构出现裂缝的主要因素。图1是某桩承台中心温度随时间变化过程（承台长18.95m，宽13.7m，厚4.0m，采用C30混凝土，混凝土用量为1038.46m3，泵送一次浇筑完成）。可以看出，由于水泥水化热的作用，承台中心温度分为升温和降温两个阶段，升温时间较短，降温时间较长，从混凝土浇筑完毕起，大约4d后，内部温度达到最高点58.90℃，中心温升为绝热温升的0.76倍。随后由于水化热的热量小于混凝土表面和底面的散热量，中心温度开始下降，下降过程较平缓，持续时间较长。混凝土表面与中心温差为39.5℃，大大超过了规范允许值25℃，在降温收缩阶段由于受到地基的约束和内部混凝土的约束而产生拉应力，其拉应力大于此时混凝土的抗拉强度，就有可能产生裂缝。
2裂缝控制分析研究
2.1裂缝产生机理分析
大体积混凝土开裂主要是所承受的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度。拉应力主要是因升、降温阶段的温度应力以及在变形过程中所受到的约束产生的。大体积混凝土裂缝有表面、深层和贯通裂缝三种。表面裂缝是由于表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成了温度梯度，使内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过了混凝土的抗拉强度而引起的。深层裂缝主要指基础约束范围内的混凝土，处在大面积拉应力状态，若已产生表面裂缝，混凝土进一步收缩，发展为深层裂缝，甚至成为贯穿裂缝。深层裂缝部分地切断了结构的断面，具有较大的危险性。贯穿裂缝是由于在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其它结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土极限抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。贯通裂缝破坏了结构的整体性、稳定性、耐久性和防水性，影响结构的正常使用。
2.2裂缝控制关键技术
2.2.1优选原材料
降低水泥水化热和混凝土收缩变形选用中、低热的矿渣硅酸盐、粉煤灰、火山灰质硅酸盐、复合水泥等胶凝材料，宜优先选用线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、自然连续级配的粗集料，用其配制的混凝土，具有较好的和易性、较少的用水量、节约水泥用量、较高的抗压强度等特点；以采用优质的中粗砂为宜，细度模数宜在2.6～2.9范围内，这样可以降低混凝土的温度和减少混凝土的收缩；石子的含泥量不大于1%，砂的含泥量不得大于2%；砂除满足骨料规范要求外，建议放宽石粉含量，有利于提高混凝土的工作性，提高混凝土的密实性、耐久性和抗裂性。研究得出，砂子中石粉比例一般控制在15%～18%为宜。
2.2.2削减温度应力
提高混凝土极限拉伸强度采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，防止水化热的积聚，减少温度应力，保证混凝土自由收缩以达到释放温度应力的目的。在散热条件大致相似的情况下，浇筑块的厚度不同，散热的温度也不同，当浇筑温度块在5m以上时，实际温升已接近绝热温升。不同龄期混凝土水化温升曲线与浇筑厚度的关系。加强混凝土的振捣，提高密实度和抗拉强度，减小收缩变形；采取二次投料法，二次振捣法，浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量；对浇筑后的混凝土表面进行保温，以控制混凝土内外温差在25℃以内，减少内约束力。提高混凝土的结构抗裂性能，采取增加配置构造钢筋的方法，使构造筋起到温度筋的作用。
2.2.3降低骨料温度、混凝土入模温度、浇筑温度
加强测温工作控制内外温差混凝土原材料的预冷却，可以降低浇筑温度，消减内部水化热峰值，减少最高温度与表面温度的差值，从而减少温度变形和温度应力；控制混凝土拌合物的入模温度可降低混凝土的总温升，减少结构内外温差，入模温度的高低，与出机温度密切相关，还与运输工具、运距、运转次数、施工气候等有关。在混凝土入模时，加强入模的通风，以加速模内热量散发，并做好表面隔热保护防止表面降温过大，以减小内外温差，延缓混凝土降温速率；混凝土从塑性状态转变为弹性状态时，浇筑温度越低越少出现开裂现象。混凝土浇筑温度的提高将加速水泥的水化反应。浇筑温度为14℃时，第1个24h内，水泥将产生7d全部水化热的43%，浇筑温度为30℃时，第1个24h内，水泥将产生7d全部水化热的62.5%，此时混凝土达到最高温度的时间也缩短了，减少了可利用的散热时间，不利于降低混凝土的最高温度。关于浇筑温度的控制标准，各国不一，我国GB50204-92规范规定不宜超过28℃，美国ACI施工手册中规定动作不超过32℃，日本土木工程学会规范规定不超过30℃，日本建筑学会规定不超过35℃[3]。大量工程实践证明，混凝土浇筑温度不宜超过25℃，特殊情况下，最高浇筑温度控制在30℃以内为宜。实行信息化控制，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基底面温差均控制在20℃以内，及时调整保温及养护措施，控制温度梯度，有效控制有害裂缝的出现。施工前，应对大体积混凝土浇筑块的温度进行计算，确定施工阶段大体积混凝土浇筑块的升温峰值、内外温差的控制指标，制定温控施工的技术措施。
2.2.4掺外加剂和外掺料
主动控制混凝土的绝热温升骨料降温、冰水搅拌、预埋冷凝管、分层分块浇筑等，都属于被动和消极的方法。最为积极有效的措施是在配合比设计中掺外加剂和外掺料，在保证混凝土满足设计强度的前提下，最大限度减少水泥的用量；同时在保证混凝土满足施工性能而且不影响后期强度的前提下，最大可能延长混凝土初凝时间，对混凝土绝热温升主动控制。目前主要采用缓凝剂、缓凝减水剂、膨胀剂等外加剂。在混凝土中加入减水剂后，减少水泥用量、减少用水量、提高混凝土的密实性和抗渗性、改善混凝土性能，使混凝土的初凝时间和终凝时间相应延缓5～8h，其龄期1～3d的水化热减少，热峰值出现时间推迟，有效地控制了混凝土的内外温差。为便于泵送和避免混凝土收缩裂缝的发生，目前常采用膨胀剂和缓凝剂双掺法。
结束语：
控制大体积混凝土施工裂缝，必须从降低温度应力和提高自身的抗拉强度两方面考虑。由于混凝土的温度与外界环境有温差存在，而结构物四周又不可能做到完全绝热，故新浇筑的混凝土与周围环境之间，就会发生热能交换。因此，混凝土内部的最高温度，实际上是由浇筑温度、水泥水化热引起的绝热温升和混凝土浇筑后的散热温度三部分组成。温度已不是唯一影响早期混凝土温度诱导裂缝的决定性因素。必须采用温度差和温度应力双控制的方法，对于大型工程，建议进行早期力学、热学、变形等性能试验，并借助裂缝试验架和温度应力试验机提出开裂温度，进行裂缝风险的准确估计和评价。
参考文献
[1]叶琳昌---大体积混凝土施工---北京---中国建筑出版社---2016
[2]赵志缙---建筑基础工程施工---北京---中国建筑出版社2014
[3]徐仁祥---建筑施工手册第四册---第三版---北京---中国建筑出版社---2013