摘要：如何采取有效措施控制大體積混凝土開裂，是工程界普遍關注的問題。本文重點從材料組成的四個方面：水泥、粗細骨料、粉煤灰、外加劑，論述控制大體積混凝土開裂的措施。

關鍵詞：大體積砼的裂縫 配合比 水泥骨料 粉煤灰 外加劑

隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和人民生活水平不斷的提高，國家對基礎建設的投資不斷增多。大體積混凝土施工越來越普遍，所以，如何采取有效措施防止大體積混凝土開裂，是工程界普遍關注的問題。所謂大體積砼指的是最小斷面尺寸大于1m以上的砼結構，其尺寸已經(jīng)大到必須采用相應的技術措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應力并控制裂縫開展的砼結構。大體積混凝土與普通混凝土的區(qū)別表面上看是厚度不同，但其實質(zhì)的區(qū)別是由于混凝土中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積混凝土內(nèi)部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內(nèi)外溫差過大，其所產(chǎn)生的溫度應力可能會使混凝土開裂。因此判斷是否屬于大體積混凝土既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素，比較準確的方法是通過計算水泥水化熱所引起的混凝土的溫升值與環(huán)境溫度的差值大小來判別，一般來說，當其差值小于25℃時，其所產(chǎn)生的溫度應力將會小于混凝土本身的抗拉強度，不會造成混凝土的開裂，否則將造成混凝土的開裂，此時就可判定該混凝土屬大體積混凝土。

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類：一是結構型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結構計算中的主要應力以及其他的結構次應力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應力和混凝土的收縮引起的。目前溫度裂縫產(chǎn)生主要原因是由溫差造成的，溫差可分為以下兩種：混凝土澆注初期，產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導體，水化熱積聚在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，常使混凝土內(nèi)部溫度上升，而混凝土表面溫度為室外環(huán)境溫度，這就形成了內(nèi)外溫差，這種內(nèi)外溫差在混凝土凝結初期產(chǎn)生的拉應力當超過混凝土抗壓強度時，就會導致混凝土裂縫；另外，在拆模前后，表面溫度降低很快，造成了溫度陡降，也會導致裂縫的產(chǎn)生。在上述兩種溫差中，較為主要的原因是由水化熱引起的內(nèi)外溫差。收縮裂縫包括干燥收縮、塑性收縮、自身收縮、碳化收縮等。干燥收縮為混凝土硬化后，在干燥的環(huán)境下，混凝土內(nèi)部的水分不斷向外散失，引起混凝土由外向內(nèi)的干縮變形裂縫。塑性收縮是由于水泥活性大、混凝土溫度較高，或在水灰比較低的條件下會加劇引起開裂。因為這時混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補充，這時混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點拉力，混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不均勻的裂縫，出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進一步加大，于是裂縫進一步擴展。

大體積混凝土的施工技術要求比較高，因此需要從材料選擇上、技術措施等有關環(huán)節(jié)做好充分的準備工作，才能保證大體積混凝土順利施工。 混凝土配合比設計時，在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能的降低混凝土的單位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水膠比)二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)一高(高粉煤灰摻量)”的設計準則，生產(chǎn)出“高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂混凝土。為此在大體積混凝土配制時注意以下幾個方面：

一、水泥：由于溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取早期水化熱低的水泥，由于水泥的水化熱是礦物成分與細度的函數(shù)，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細度模數(shù)，硅酸鹽水泥的礦物組成主要有：C3S、C2S、C3A和C4AF，試驗表明：水泥中鋁酸三鈣(C3A)和硅酸三鈣(C3S)含量高的，水化熱較高，所以，為了減少水泥的水化熱，必須降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外，在不影響水泥活性的情況下，要盡量使水泥的細度適當減小，因為水泥的細度會影響水化熱的放熱速率。

二、骨料：骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80％～83％，因此在選擇骨料時，應選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。首先應盡量擴大粗骨料的粒徑，因為粗骨料粒徑越大，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產(chǎn)生有利。細骨料宜采用級配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因為其孔隙率小，總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱就低，裂縫就減少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收縮變形就越大，裂縫就越嚴重，因此細骨料盡量用干凈的中粗砂，選擇級配良好的骨料。另外還可以考慮在大體積混凝土中摻加堅實無裂縫、沖洗干凈、規(guī)格為150～300mm的大塊石。摻加大塊石不僅減少了混凝土總用量，降低了水化熱，而且石塊本身也吸收了熱量，使水化熱能進一步降低，對控制裂縫有一定好處。

三、粉煤灰：為了減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性，我們可以把部分水泥用粉煤灰代替，摻入粉煤灰主要有以下作用：由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，其中二氧化硅含量40％～60％，三氧化二鋁含量17％～35％，這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產(chǎn)物進行二次反應，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；由于粉煤灰顆粒較細，能夠參加二次反應的界面相應增加，在混凝土中分散更加均勻；粉煤灰的火山灰反應進一步改善了混凝土內(nèi)部的孔結構，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結構進一步的細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應收縮值也減少。由于粉煤灰的比重較水泥小，混凝土振搗時比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的摻合料較多，強度較低，表面容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。因此，粉煤灰的摻量不宜過多，在工程中我們應根據(jù)具體情況確定粉煤灰的摻量。

四、外加劑：加入外加劑后能減小混凝土收縮開裂的機會。減水劑的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土強度或在保持混凝土一定強度時減少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的減少對防止開裂是十分有利的。緩凝劑的作用一是延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)的時間，由于混凝土的強度會隨齡期的增長而增大，所以等放熱峰值出現(xiàn)時，混凝土強度也增大了，從而減小裂縫出現(xiàn)的機率，二是改善和易性，減少運輸過程中的塌落度損失。引氣劑在混凝土的應用對改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在這里值得注意的是：外加劑不能摻量過大，否則會產(chǎn)生負面影響，在GB8076～1977中規(guī)定，摻有外加劑的混凝土，28d的收縮比不得大于135％，即摻有外加劑的混凝土收縮比基準混凝土的收縮不得大于35％。

綜上所述，雖然大體積混凝土施工過程中極易產(chǎn)生裂縫，但只要精心選擇合適的材料、采取合理的施工工藝和溫度控制措施就能夠防止裂縫的出現(xiàn)，保證結構物安全、穩(wěn)定的工作。