大体积混凝土工程抗裂施工技术探讨[摘要] 本文根据CSCEC-AinDefla项目水塔基础大体积混凝土浇注的施工情况，加以总结概括，分析了大体积混凝土产生裂缝的原因，并且针对这些原因实施一系列有效措施，使得施工质量得以保证，事实证明此种措施具有一定的可行性。

[关键词] 大体积混凝土裂缝水塔基础大体积混凝土工程由于其本身固有的特点使之成为工程施工上的一大难题，本项目所承揽的三座溢流坝及水塔基础就遇到了需要一次性连续浇注大体积混凝土的工程难题，为了确保工程质量和工期特实施了一系列裂缝控制措施，在此加以探讨。

一．大体积混凝土定义及其特点在工程实践中常遇到大体积混凝土结构，如大型设备基础、高层建筑基础底板、构筑物基础、桥梁墩台、深梁、水坝等。

由于这些结构体积大、整体性要求高，往往不宜留置施工缝。

此外，水泥水化时放出大量热量，当结构体积大时，混凝土内部聚集的热量长期不易散失，混凝土内部和周围大气环境间形成较高温度差，由于温度应力常造成混凝土开裂。

因此，美国混凝土学会（ACI）曾强调指出：“任何就地浇筑的大体积混凝土，必须要求采取措施，解决水化热及随之引起的体积变形问题。

以最大的限度减少开裂。

”所以应十分慎重组织大体积混凝土的施工，以防止出现质量事故。

对于大体积混凝土的定义有不同的解释，日本建筑学会标准（JASS5）的定义：“结构断面最小尺寸在0.8m以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差超过25°C的混凝土，称为大体积混凝土。

”我国某施工单位制定的“大体积混凝土工法”中认为：凡结构断面最小尺寸大于3m的混凝土块体；或者单面散热的结构断面的最小尺寸在0.75m以上，双面散热在1m以上，水化热引起的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，均可称为大体积混凝土。

我国有的规范认为：当基础边长大于20m，厚度大于1m，体积大于400m3时称大体积混凝土。

一般认为当基础尺寸大到必须采取措施，妥善处理所发生的温差，合理解决变形变化所引起的应力，力图控制裂缝开展到最小程度，这种混凝土才称得上大体积混凝土。

总之大体积混凝土还没有一个统一的定义。

本工程LOT4标段水塔基础三座混凝土溢流坝坝体底板结构厚度都在1.5m以上，单次浇注底板边长都在30m以上，体积大于1000 m3，故必须采取有效措施防止裂缝的产生，保证工程质量。

二．大体积混凝土裂缝产生的原因1．材料影响（1）水泥普通混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料表面的粘结强度，混凝土的收缩也有很大部分来源于水泥石的收缩。

水泥石的结构是由未水化的水泥颗粒、水化产物及孔隙组成。

水化产物晶体共生交错，形成结晶网络结构，在水泥石中起重要的骨架作用，相互接触而发展了水泥石的强度。

但其中内部的孔隙会影响水泥石强度的发展。

由于水泥石的孔结构由水泥细度与颗粒组成决定，所以水泥颗粒越细，其水化、凝结硬化速度越快，水化也越充分，有利于其早期和后期强度的提高。

一般情况，水泥本身性质对混凝土的收缩影响很小。

目前，由于混凝土技术的发展，混凝土强度由原来C25、C30发展到现在的C50、C60，甚至C80、C100，混凝土强度等级的提高，水泥用量也随之增加，直接导致水化热的提高，增加了早期混凝土的热胀，从而加大了混凝土温度降低后的冷缩。

（2）骨料水泥石与骨料的粘结力与骨料的表面情况有关，骨料的表面粗糙，则与水泥石粘结力较大，故在原材料及坍落度相同的情况下，用碎石比用卵石强度来的高。

增大骨料粒径，可以减少用水量，而使混凝土的收缩和泌水随之减少。

同时骨料本身的强度一般比水泥石强度高（轻骨料除外），所以不直接影响混凝土强度，但若骨料经风化等作用而强度降低时，则用其配制的混凝土强度也降低。

混凝土中骨料重量与水泥重量之比称为骨灰比。

在相同水灰比和坍落度下，混凝土强度随骨灰比的增大而提高，因为骨料增多后表面积增大，吸水量也增加，从而降低了有效水灰比，使混凝土强度提高。

另外水泥砂浆相对含量减少，致使混凝土内总孔隙率体积减少，也有利于混凝土强度的提高。

在混凝土内部，骨料对水泥石的收缩起约束作用。

骨料含量越大则收缩越小。

（3）水灰比、坍落度水灰比是混凝土进行拌和时候的一个敏感指标。

这个指标对混凝土的各项影响最大。

在水泥标号相同情况下，水灰比越小，水泥石强度越高，与骨料的粘结力也越大，混凝土的强度也越高。

同时为考虑对混凝土和易性、水泥用量等方面的要求，水灰比又不易太小，否则将影响强度的发展。

混凝土的收缩来源于水泥石的收缩，水灰比大，收缩大。

所以较高的水灰比可能会有两种影响：养护前期，孔隙水处于饱和阶段，收缩量小，但是后期如果养护条件恶化（比如拆模后的暴晒），导致孔隙水丧失过快，相反会引起混凝土收缩量的增大。

很多情况下为了便于施工，混凝土的坍落度一般都在10cm以上，有时甚至在20cm以上，坍落度过大会造成混凝土在硬化过程中干缩量增大，产生裂缝的概率也加大。

如果再加上混凝土的现场质量控制不严，出现随意向已拌好的混凝土中加水的现象并在加水以后又不进行二次搅拌，造成混凝土水灰比增大，严重影响混凝土拌合物的质量，就会使混凝土产生收缩裂缝的机会大大增加。

2．混凝土收缩影响混凝土因收缩而导致的裂缝是混凝土裂缝最主要的形成原因。

裂缝基本是由于水分蒸发和浆体收缩，收缩应力与混凝土的抗拉强度引起的，混凝土的收缩裂缝大体上有以下几种类型：（1）塑性收缩裂缝塑性收缩是混凝土在初凝前的塑性阶段失水形成的，一种情况是新浇筑的混凝土表面泌水，在室外会很快的蒸发；另一种情况是由于新拌混凝土颗粒之间的空间充满了水，浇筑后的混凝土表面受风吹、日晒、外部的高温和低温等因素的影响，随着混凝土表面水分的蒸发，内部水分逐渐向外部迁移，继续蒸发水分，造成混凝土在塑性阶段的体积收缩。

（2）水化反应收缩裂缝水泥水化反应后，反应产物的体积与剩余自由水体积之和小于反应前水泥矿物体积与水体积之和，形成水化反应收缩。

水泥水化反应收缩量可达混凝土体积0.5%以上，是个不容忽视的数量。

在混凝土初凝前，水化反应收缩一部分反应在塑性收缩中，在混凝土初凝后的水泥水化反应收缩则主要形成混凝土内部的毛细孔，在养护不及时或养护时间过短时，会产生收缩裂缝。

（3）表面温差收缩裂缝大体积混凝土由于水泥水化热导致混凝土内部温度较高，当混凝土表面温度与气温相差过大时，会产生温度收缩裂缝。

在混凝土浇筑初期（3-5天），如果混凝土表面温度与环境温度相差大于10摄氏度时，则由于温差收缩产生的拉应力将大于混凝土的抗拉强度，有可能出现温差裂缝。

但空气与混凝土表面的热交换比较缓和。

经验表明，在无风的外部环境中，混凝土表面温度与气温之差大于25摄氏度时，就会产生肉眼可见的温差裂缝。

（4）干燥收缩裂缝混凝土硬化后，内部的游离水会由表及里逐渐蒸发，导致混凝土由表及里逐渐产生干燥收缩。

在约束条件下，收缩变形导致的收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现由表及里的干燥收缩裂缝。

（5）自生干缩裂缝水泥在水化过程中不断消耗水分，当养护不良或混凝土内部水分不充分时，混凝土毛细孔中水分消耗过多，导致毛细孔内产生负压，引起混凝土内部出现自生干缩裂缝。

3．施工工艺影响根据在现场对施工过程的观察，现场混凝土的检查和对施工人员的访问，发现以下几个问题：一是混凝土立模和振捣方面存在不足，部分构件容易产生蜂窝麻面；二是混凝土的养护，如果养护不良，那么对混凝土整体质量影响十分显著，直接影响混凝土的抗裂能力；三是拆模时间，过早拆模以及在混凝土构件上过早从事后续工序，对混凝土强度的发展有一定影响，并导致裂缝的产生。

三．裂缝控制措施针对大体积混凝土裂缝产生的机理，我们可以采取一些必要的措施加以弥补，一方面可以通过合理选择材料，从根本上控制；另一方面可以通过选取合理的施工方法来进一步防止裂缝的产生。

1．材料选用限于业主的硬性要求和阿尔及利亚当地条件所限，我们很难选用最合理的材料，只能从有限的材料里选择尽可能合理的搭配。

（1）水泥尽管大体积混凝土应该采用低水化热并具有特殊性能的粉煤灰或矿渣水泥，但由于当地没有这两种水泥型号，所以只能采用仅有的CPG42.5复合水泥。

（2）骨料细骨料采用当地购置的中粗河砂。

粗骨料选择3-8mm、8-15mm、15-25mm三种粒径，并且根据实际施工方法要求调整级配，尽可能多采用粒径大的骨料以降低比表面积，从而降低水泥用量，也即可以降低水化热总量。

并且可以提高强度。

严格控制砂石的含泥量：石子的含泥量不得超过1%，砂含泥量不得超过3%。

（3）水灰比、坍落度根据合同规定，混凝土强度要达到B30和B35，但由于没有粒径达到50mm的大骨料，并且不允许添加外加剂，所以并不能完全达到。

水灰比：B30混凝土要求达到0.56，B35混凝土达到0.49。

此水灰比可以保证用水量适宜，达到要求强度。

坍落度设计为7cm，但由于实际施工需要，在保证混凝土强度的前提下，经过监理业主的允许，可以适当调整到10-13cm。

以便于溜槽施工。

（4）外加剂由于本项目业主方不了解外加剂的性能，并且从他们以前的工程经验出发（现在在谢里夫地区阿巴迪亚市现存几座溢流坝施工时均未添加任何外加剂），所以目前我方不被允许添加任何外加剂。

从已浇注的两块大体积混凝土底板的效果来看，不添加外加剂大大加大了施工难度，由于近几月气温过高，白天平均气温在30℃以上，导致混凝土坍落度损失严重，经常出现砼罐车里面的混凝土卸不出来，溜槽上面的混凝土滑不下去，或者入模后的混凝土流动性差等问题。

延长了施工时间，提高了裂缝产生的机率，加大安全隐患，故我方正在申请添加减水、缓凝等外加剂。

添加减水剂有如下好处：a）改善混凝土性能：当水泥用量相同，坍落度与空白混凝土相近，可减少用水量10%-15%，28d强度提高10%-20%，一年强度提高10%左右，同时抗渗、抗冻、耐久性有明显提高。

b）当混凝土的水泥用量、用水量不变，低塑性混凝土的坍落度可增大2倍左右，早期强度与未掺者基本相近。

c）干缩性：1-7d内与空白混凝土相比略有减少，28d及后期略有增加，但未超过0.01%（0.01mm/m）。

d）对钢筋无锈蚀危害。

添加缓凝剂有如下好处：a）缓凝作用：掺入缓凝剂后，若减少用水量，而坍落度不变的情况下，普通混凝土初凝时间延缓1-2h；若用水量不减少，坍落度增大或保持不变时，水泥用量减少，此时凝结时间的延缓程度比减少用水量的显著。

b）能降低水泥早期水化热，推迟混凝土热峰值出现的时间，普通混凝土约3h，热峰值最高温度也有所降低。

2．施工方法选择对比国内外现在比较成熟的几种大体积混凝土施工方法对比见下表：从对比上可以看出，采用一次连续浇注不留任何施工缝的方法最为经济合理，施工上也最为简便，故采取此办法。

虽然从理论上来讲一次连续浇注的方法最为合理，但是现场施工总会遇到很多实际问题，为最为合理的办法带来局限性。