谈大体积混凝土结构裂纹及防治措施

【摘 要】文章对大体混凝土结构裂缝产生的原因进行分析，并提出了预防及控制的基本措施和方法。本文供同行参考。

【关键词】大体积混凝土；裂纹；防治措施

引言：

随着基础建设的快速发展，大体积混凝土的设计及施工随处可见，在日常工作中常会遇到大体积混凝土的设计，如工业建筑中的设备基础，（如大体积的槽罐基础等）及民用建筑的厚大基础底板等等。大体积混凝土结构裂缝是影响混凝土耐久性的一个主要问题。由于裂缝可能引起渗漏，影响结构应力状态，水分通过裂缝渗入混凝土中，容易引起钢筋锈蚀和可溶蚀及加速混凝土冻融破坏，因此，如何减少裂缝是关键性的问题。

一、大体积混凝土裂缝产生的原因

混凝土是脆性材料，其抗拉强度低，抗压强度高。大体积混凝土结构通常具有以下特点：混凝土的断面尺寸较大，表面相对较小，在混凝土浇筑初期，水泥水化热释放集中，内部升温较快，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，使混凝土内外温差增大，结构产生温度变形及混凝土收缩变形。混凝土拆模后，因气温骤降等原因引起混凝土表面温度降低过快，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力，而拉应力要由混凝土本身来承担，此时同样会导致裂缝的产生。所以大体积混凝土所产生的裂缝一方面是混凝土内部的因素（由混凝土内外温差所致），另一方面是混凝土的外部条件（结构的外部约束和混凝土各质点间的约束阻止混凝土收缩变形）所致。

具体影响因素有以下三个方面：①水泥水化热的影响。水泥在水化过程中要释放大量的热，使混凝土内部温度升高，水化热积聚在混凝土内部不易散发，而混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高与混凝土表面形成较大的温差，导致混凝土表面产生拉应力，当拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会使混凝土表面产生温度裂缝。②混凝土收缩影响。混凝土散热和硬化过程中其体积会收缩减小，对于大体积混凝土而言这种收缩就更加明显，如果混凝土收缩受到外界约束的制约，将会在混凝土体内产生相应的收缩应力（拉应力），一旦混凝土产生的收缩应力超出混凝土的极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。③外界气温变化的影响。大体积混凝土结构在施工期间，它的浇筑温度随着外界气温的变化而变化，特别是气温的骤降会大大增加混凝土的内外温差，对裂缝的产生有着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热温升和结构的散热温度等各种温度叠加而成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也会愈高，如果外界温度降低则又会增加混凝土的内外温差。温度应力是由温差引起的温度变形所造成的，温差越大，温度应力也越大。

二、预防产生裂缝的措施

2.1 混凝土材料及配合比控制措施

大体积混凝土在保证混凝土强度及塌落度要求的前提下，应尽量提高矿物掺合料及骨料的含量以降低单方混凝土的水泥含量，在施工条件允许的情况下尽可能减少用水量，以降低混凝土的水灰比，减少水泥的总发热量，从而降低混凝土内部的温度。配合比不当直接影响混凝土的抗拉强度，它是造成混凝土开裂不可忽视的重要原因。所谓配合比不当是指水泥用量过大，水灰比大，含砂量不合适，骨料级配不佳，不当添加外加剂等。

配合比控制需要从三个方面进行考虑：①水泥品种的选择。应优先选用水化热低、凝结时间长的低热或中热水泥（如矿渣硅酸盐水泥）配制混凝土，以降低水化热，或采用高强度水泥以减少水泥用量及混凝土的温升。②粗细骨料的选择。粗细骨料含泥量过大会增加混凝土收缩，骨料级配不良以及采用不恰当的间断级配也容易增大混凝土收缩，因此要选择级配良好的骨料。粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂，严格控制砂、石的含泥量，降低水灰比以提高混凝土的密实性和抗拉强度。③掺合料及添加剂的选择。在混凝土中掺入适量的粉煤灰可改善混凝土的和易性和减缓水泥早期水化热的发生，而掺加缓凝剂、减水剂又可以达到减少水泥用量，降低水化热的目的，添加膨胀剂用于补偿混凝土的早期收缩。

水泥在凝结硬化过程中会产生大量的水化热，对于大体积混凝土结构内外温差大，且内部温度不容易散发，因而应采用低水化热的水泥，也可掺入15%～30% 的粉煤灰。

总之，采取上述措施的目的就是即要保证混凝土的设计强度，又要大幅降低水化热，既要使混凝土具有良好的和易性，又要降低水泥和水的用量，添加膨胀剂可以补偿混凝土早期失水收缩产生的收缩裂缝。

2.2 设计措施

在混凝土表面以及内部增配构造钢筋。采用直径细且间距密的钢筋，对提高混凝土的抗裂性效果较好，而控制混凝土的配筋率并适当加大混凝土的配筋率是控制裂缝产生的有效措施。同时，在易产生应力集中的薄弱部位应采取加强措施提高混凝土的抗拉强度。另外，在设计过程中应尽量考虑施工所在地的气候条件，合理设置后浇带，这也是设计采用的控制裂缝产生的措施之一。

混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料的质量比例，在满足工程强度要求的情况下，不改变水灰比，可调整水泥的用量、单位用水量以及加减水剂。为了减少混凝土干缩，可采用掺入膨胀剂或减少混凝土单位用水量施工措施。

2.3 施工措施

夏季施工时，混凝土出机温度应控制在13～16度。对用量大的骨料可采用堆高料堆，地垄取料的方法，料堆高度大于6～8m。混凝土拌合时可采用冷水或片冰拌合。缩短混凝土运输时间，加快混凝土入仓覆盖速度，缩短混凝土暴晒时间。混凝土运输工具采用隔热遮阳措施，并采用喷水雾等措施降低仓面周围的气温，浇筑时间应安排在低温季节或夜间进行。

为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和加强混凝土养护这些方面着手。①适当降低原材料温度，例如拌合混凝土时，可取深井下的凉水或用凉水将骨料冷却以降低混凝土的浇筑温度；②采用内部降温法降低混凝土内外温差，内部降温法是在混凝土内部预埋水管，通入冷却水降低混凝土内部最高温度；③常见的投毛石法，掺加大块石其本身就可以吸收热量，降低混凝土内部温度；④保温法是在外露混凝土结构的表面或模板外覆盖保温材料，使混凝土在缓慢的散热过程中获得必要的强度并控制混凝土的内外温差；⑤加强混凝土的养护。加强混凝土的养护其主要目的在于保持适宜的温湿条件，使混凝土正常硬化，不受或少受外界不利因素的影响，缩小降温过程中的温差，减少温度应力的发生，防止有害的冷缩和干缩，以期达到设计的强度和抗裂能力。

为了降低水化热温升和减少内外温差，在混凝土升温期要加速散热，降温期要控制散热。散热方法有表面散热和内部散热两种。施工无条件时，为降低成本，应尽快采用表面散热法，即使用钢模板、分层浇筑等；有条件时，在采用表面散热的同时，混凝土中可预埋冷却水管通过冷水的方法进行内部散热。另外，在施工组织上，应采用减少浇筑体长度、降低约束体的刚度、改善交界面状况等方法，减少裂缝的出现。

混凝土表面的裂缝多发生在混凝土浇筑初期，而初期的表面温度骤降是引起混凝土表面裂缝的主要原因。因而要加强混凝土的表面保护，以减少内外温差。主要措施有延长拆模时间、保温保湿养护及在有条件的地方采用预制混凝土模板等。

三、结束语

总之，大体积混凝土裂缝的处理难度大，费用高，往往由于表层裂缝的宽度较小，影响填充材料的胶结能力，导致修补效果不理想，因此，对此类裂缝的处理应着重放在防止裂缝上，这就要求在表层混凝土设计时，应适当提高设计等级，从而提高混凝土的抗裂能力。在施工时应从材料的选择到混凝土养护的各环节上加强施工管理，改善混凝土的变形能力，减少混凝土由于收缩而导致裂缝的产生。只有这样才能使混凝土结构达到设计要求。