大体积混凝土裂缝分析及防治

摘要：大体积混凝土施工过程中产生的裂缝问题是工程建设中经常遇到的,究其原因可以看出大体积混凝土的施工技术要求高、难度大, 温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性以及结构不合理等是造成其裂缝的重要因素。因此为保证大体积砼施工的工程质量需采取相应措施，减少裂缝的产生。下面我们将从混凝土内部温度分布情况及其变化规律着手，对施工过程中容易引发使用安全的质量隐患进行探究,分析裂缝产生的原因，并提出相应的防控措施。

关键词：大体积混凝土; 内部温度 ;裂缝; 防控措施 ;Abstract: Crack problems arising in the process of mass concrete construction is often encountered in engineering construction, the reason can be seen for the construction technology of large volume concrete of high, difficult, temperature and humidity changes, the brittleness of concrete and uneven and irrational structure are the important factors causing the crack. Therefore, in order to guarantee the construction of mass concrete engineering quality needs to adopt the corresponding measures, reduce cracks. Below we will from the concrete internal temperature distribution and change rule of easy start, in the construction process of quality problems caused safety research, analyzes the causes of cracks, and put forward the corresponding prevention and control measures.

Keywords: Mass concrete; temperature; crack; prevention measures;中图分类号：TU377文献标识码：A文章编号：

前言

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。硬化成型的混凝土由于施工、本身变形等一系列因素导致其内部存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，而这些初混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的，从而导致内部的钢筋等材料产生腐蚀，因此降低了钢筋混凝土材料的抗渗能力、耐久性及承载能力，影响建结构的整体性和耐久性，降低结构的强度，影响建筑物的使用时间和安全性能。本文按产生裂缝表现的形式、裂缝的危害、开裂原因和开裂问题的防治措施等几个方面结合鲁能三亚湾美丽MALL项目进行探讨分析。

1大体积混凝土应用场合及常见裂缝表现形式

1.1大体积混凝土应用

大体积混凝土是指实体最小尺寸一般不小于1 m且体积与厚度均较大的混凝土。主要的特点是体积大,表面系数比较小,水泥水化热释放比较集中,内部温升比较快。混凝土内外温差较大时会产生温度裂缝,因此为保证混凝土结构安全和正常使用必须采取有效措施防止裂缝产生。大体积混凝土主要应用于各种特殊结构、大型设备基础、水利大坝及高层建筑箱型基础等。三亚湾美丽MALL项目1#、2#楼原设计为桩基础，但由于地质条件原因，打桩时出现很多断桩、爆头、打不下去等现象，远远达不到设计承载力，不能满足设计要求。经多方慎重考虑，最终决定变更设计，采用筏板基础。筏板厚度为1m，筏板长41.25m，宽12.60m。

1.2大体积混凝土常见裂缝形式

1)按裂缝的开展深度分类

表面裂缝 在混凝土升温阶段或降温阶段混凝土热量通过表面向周围环境散发，内部温度高于表面温度引起内外部温差的形成。这种内外部的温差在混凝土内部不规律分布时，导致混凝土内部产生破坏性应力。混凝土的弹性模量在混凝土硬化过程中随着强度增长而不断增加，混凝土裂缝就是在混凝土因温差产生的拉应力超过混凝土自身的极限抗拉强度时产生的，此种情况产生的裂缝一般危害性较小。

（2）深层裂缝 深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性。因为深层裂缝部分切断了结构断面，原来的设计受力状态发生了变化，结构内部应力进行了重分配。原来次要的部件可能成主要部件了，而真正的主要部件不起多少作用，这样对结构受力是非常危险的，应当加以重视。

（3）贯穿裂缝 贯穿裂缝是一种危害性较严重的裂缝，混凝土的降温阶段是此种裂缝的高发期，此时，由于混凝土开始进行收缩，产生很大的收缩应力，当收缩应力超过沪宁图极限抗拉强度时，混凝土内部便会产生收缩裂缝，它是由深层裂缝发育而来，由于结构断面被裂缝切断，结构的整体性遭到破坏，因此危害较大。此种裂缝继续发育贯穿整个断面时便形成了结构裂缝。

2)按裂缝出现的时间分类

（1）早期裂缝 混凝土浇筑后 28d 内出现的裂缝;

（2）中期裂缝混凝土浇筑后28～180d内出现的裂缝;

（3）后期裂缝在180d 以后出现的裂缝。

3)按其对结构使用功能和耐久性影响分类

（1）有害裂缝 随着其发展可能影响到结构的性能、使用功能或耐久性的裂缝。一般为深层或贯穿性裂缝，且其宽度超过了最大裂缝宽度的限值。

（2）无害裂缝 只是影响结构的外观，对结构的性能、使用功能和耐久性不会产生大的影响的裂缝。

1.3混凝土裂缝允许最大裂缝宽度

国际工程技术界认为，规定钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度是保证钢筋不产生锈蚀的重要手段。规范中有关裂缝允许宽度的规定虽不完全一致，但基本相同:

（1）正常的空气环境下，裂缝允许宽度为0.3 ～ 0.4mm;

（2）在轻微腐蚀介质中，裂缝允许宽度为0.2～0.3mm；

（3）在严重腐蚀介质中，裂缝允许宽度为0.1～0.2mm。

2混凝土结构裂缝的危害

2.1对结构的稳定性与安全性产生影响：对于受弯构件的楼板，尽管允许在受弯区在一定程度内有裂缝的存在，但是考虑到一些使用者在装修和使用过程中又给混凝土结构后增加了一些荷载，由于这些荷载在设计中并未考虑在内，结构裂隙的存在令这些荷载成为安全隐患，影响着整个结构的安全，是不可忽略的。

2.2对结构的防水防渗漏产生影响：由于一些结构对防水防渗有着较为严格的要求，混凝土裂隙的存在，不仅对结构安全产生影响，还会对结构的防水防渗的性能产生负面作用，增加了一些渗水漏水等安全事故发生的概率，特别是一些利用混凝土自防水的部位。

2.3影响结构的耐久性和使用寿命：碱集料反应、碳化、冻融循环、钢筋锈蚀、化学侵蚀等都会对混凝土结构体产生破坏功能。这些破坏功能的发生进行得快慢，除了受混凝土自身材料性质的影响外，也会受到譬如裂缝等因素的影响。空气中的CO2、SO2气体及雨水等会顺着裂缝进入混凝土内部，会加快碱集料反应、钢筋的锈蚀及碳化速度，从而引起耐久性的下降进而缩短建筑物的使用寿命。

3大体积混凝土开裂原因分析

3.1外界气温变化。大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形而造成的，温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60℃-65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

3.2混凝土的收缩。混凝土体积的收缩是混凝土内部多余水分蒸发的结果，而混凝土内部多达80%的水分需要蒸发，在此过程中，混凝土的养护是否及时、外加剂的种类，施工工艺与施工水平、水泥品种等等都在影响着混凝土的收缩，而在收缩过程中，若再次处于水饱和状态混凝土则仍能膨胀至原体积，因此为避免在此过程中因干湿交替而导致混凝土体积的不断变化引起的内部巨大的收缩应力，混凝土必须及时充分的进行养护。

3.3水泥水化热。水泥在水化过程中要释放出大量的热量，而大体积混凝土表面系数相对较小、结构断面较厚，导致混凝土内部的水化热量无法及时散发出去，越积越高以至于内外温差逐渐增大，产生收缩应力和温度应力。浇筑后3天至5天混凝土内部达到最高温度，以后逐渐降低。在降温阶段，如果温差较大，容易在前期出现裂缝。结构裂缝主要是由收缩和降温引起的，前者引起自约束，主要引起表面裂缝；后者引起外约束，是导致贯通裂缝的主要原因。

3.4周边环境的约束条件。当大型混凝土浇筑在地基上时，混凝土前期会发生膨胀，此时地基约束会给混凝土以压应力，而当后期混凝土收缩时，地基约束会给混凝土以拉应力，混凝土为抗压构件，抗压性能优于抗拉性能，所以在受压时一般不会出现裂缝，而在受拉时，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会在混凝土中产生垂直裂缝。

3.5施工材料问题。外加剂使用不当，水泥水化热过高，水泥、骨料含有过量有害物质，混凝土配比不合理，水泥过期或品种选用不当等是材料选用不当的常见因素。其中以骨料中含有过量杂质最为常见，其直接降低水泥石与骨料的粘结强度，导致早期裂缝的产生，且易发展为贯通性有害裂缝[1]。

3.6施工工艺问题，根据现对场施工的观察发现有几个问题：第一个是混凝土立模和振捣方面存在不足，部分构件存在蜂窝麻面；第二个是混凝土的养护不足，这样就会直接影响混凝土的抗裂能力；第三是拆模时间，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都有一定影响，最终导致裂缝的产生。

3.7赶工期造成的裂缝。混凝土强度未达到规范允许的强度下，甚至将模板、钢筋或钢管压在初凝后的混凝土，在材料重压和人员的踩踏下，严重影响板面混凝土内部胶结凝固，导致混凝土的大面积裂缝出现。

4大体积混凝土开裂问题防治措施

4.1严格控制原材料的使用，确保科学的混凝土配合比。

严格控制混凝土的含泥量。根据设计要求、结构构件尺寸及现场施工条件选择合理级配，以保证混凝土的可泵性，减少或避免因堵管、塞管的发生。同时，合理控制水泥与水的用量，通过科学计算尽量减少混凝土的水化热，以减少混凝土裂缝的产生。

4.2减少水化热的产生，减少温度裂缝。

为改善混凝土的和易性，可以添加一定量的具有缓凝、增塑、减水等作用的外加剂；施工时可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量；选材时应选择粉复合水泥、火山灰水泥、矿渣水泥或煤灰水泥，对于体积较大的结构，应优先选择中热水泥或低热水泥；可以通过掺加一些活性掺合物如矿渣粉末、粉煤灰等来降低混凝土的水化热。对于大体积砼，应及时充分养护并对混凝土料的入模温度进行及时有效的控制，避免内外温差过高导致的裂缝的产生。

4.3降低混凝土表面水分的速度与砼表面干缩量

混凝土水分蒸发过程中，若蒸发过快，混凝土干缩量过大，由于早期混凝土强度较低，容易因为收缩应力过大而产生裂缝。因此可以选择干缩性较小的硅酸盐混凝土等，由于气温较低时混凝土凝结速度较慢，比正常温度需较长时间才能达到同等强度，因此可以添加促凝剂来加速混凝土的凝结，以尽早达到预期强度。同时为减少模板与基层对混凝土内水分的吸收作用，混凝土浇筑前对基层与模板进行充分浇水润湿，养护时在浇水充分后壳选择用塑料布、草袋覆盖或喷涂养护剂，以减少混凝土表面水分的散失，减少因水分蒸发太快而产生的裂缝。

4.4优化浇捣方法

大型混凝土的浇筑由于体积较大，浇捣难度较大，容易发生漏振和因浇捣顺序方式失误产生的施工冷缝等现象，因此在大体积混凝土浇筑前需及时参考当地天气预报，尽量选择低温时段浇筑，以降低初凝温度，延缓初凝时间，浇捣时应按照“同时浇捣、分层推进，一次到顶，循序渐进”的原则施工，对于混凝土卸料点与混凝土最远点要重点控制，避免出现漏振，振捣要均匀，可采用两次振捣以保证混凝土的完整性与密实度。

4.5加强后期养护

混凝土养护的关键在与控制混凝土的温差与湿度。养护时，避免养护用水与混凝土表面温度的温差过大，而发生因温度变形导致的混凝土开裂现象。养护要及时有效，保持混凝土表面始终处于润湿状态，可以在拆模后立即进行回土或用塑料布或旧麻袋进行覆盖，以保持混凝土表面水分充足，同时，也可人为的避免混凝土与周边环境的温差骤变而产生裂缝。混凝土养护阶段的温度控制可以从以下几个方面进行掌控：

①混凝土内部温差控制：在养护阶段混凝土未达到足够抗裂能力前混凝土中心与面层、面层与周边环境温差不宜超过20摄氏度，当混凝土达到足够强度时，该数值不宜大于25-30摄氏度。

②为避免内外温差过大可进行内部降温。

③利用各种保温材料如旧麻袋、草栅、锯末等对混凝土面层进行覆盖，以减缓混凝土热量散失的速度、降低温差，使混凝土达到足够强度来抵

④通过在混凝土表层设置钢筋网片或抗裂性网格布钢丝网等增强混凝土面层整体性，避免收缩应力导致的开裂情况。

⑤对拆模时温差的控制，包括混凝土中心与表层、混凝土面层与周边环境温差，使其在可允许范围内，来减少裂缝产生的概率。

5混凝土裂缝补救措施

混凝土裂缝的存在对结构的安全性、耐久性、稳定性与美观性都产生了较大的负面影响，为确保结构安全、美观，延长其使用年限，减少混凝土结构安全隐患的发生，我们需要采取一些方法来进行修补、弥补。这些方法目前都是比较通用的，也是受到大家认可的。

5.1置换混凝土法

由于严重受损的混凝土已经失去了其力学性质，因此对结构是无效的构件，我们通常对该部分混凝土进行剔除，并加以替换。替换时应对其使用环境及使用要求进行综合分析，科学选择，综合考虑其对防腐蚀性要求、周边环境的适应、与基层是否能够结合稳固、耐久性能等。其施工工艺首先要凿掉失效的混凝土，并对露出的钢筋及面层界面进行处理，然后利用配备好的替换材料如改性聚合物混凝土、聚合物混凝土或砂浆等进行修补替换，替换完成后要进行及时有效的养护，该养护规格要高于普通混凝土的养护。

5.2对存在裂缝的混凝土表面进行封闭处理

该种方法是最普通和最简单的修补方法，其原理就是通过涂刷一些表面涂膜，对混凝土表面的一些细微裂缝进行封闭，以避免水分、氧气及其他的一些有害物质通过裂缝侵入混凝土内部损害混凝土结构，这种方法的使用范围是由限制的，对于长期一些承受水侵蚀的结构，不允许使用，且只能应用于细微裂缝，当然，根据结构构件的应用环境不同，选择的表面封堵材料也是有差异的。

5.3堵漏法

常用的堵漏方法有以下几种：

化学灌浆法

化学灌浆法，是采用化学灌浆料来处理混凝土渗漏部位，堵漏时配合使用膨胀水泥砂浆、化学灌浆料和快速凝结添加剂。为提高裂缝的耐久性和防水性，需对其进行全深度范围注人修补材料时，经常采用用化学灌浆法。这种方法一般适用于漏水较为严重的部位．它们的裂缝一般是贯通的。这是比较困难的处理方法．需要严格的操作和养护。但是恢复效果很好，能将混凝土结构恢复到使用初期的整体状况，在很大程度上使结构强度得到恢复。

嵌缝法

“嵌”是指沿裂缝凿槽，并在槽中嵌填刚性或弹塑性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。一般来说变形缝宜在迎水面采用塑性止水材料，而在背面则采用弹性止水材料。非变形缝则可采用塑性止水材料，密封材料应用也较广泛。

3）快速封堵法

有些混凝土裂缝产生在有水条件的混凝土构件中，对于这类裂隙，封堵难度比较大，且封堵的效果也不是很好，最好的方法是通过前期的控制来避免或减少混凝土裂缝的产生。该种情况下通常采用一些封堵材料如快速堵漏剂或其他高分子材料对裂隙、孔洞等进行快速封堵，由于此类材料具有与混凝土或其他介质如金属等粘结牢固，强度能够迅速增加、水中无不良反应且在水中自密实等特质，现在较为广泛的应用于有水环境的混凝土裂缝的封堵中。

4）涂模堵漏法

该种方法较为常用，主要应用于混凝土因振捣不密实或漏振而导致的内部不密实、孔洞等现象，且无法用嵌缝法和化学灌浆处理的混凝土结构。作用原理是完成混凝土裂隙处理后马上对该处进行防水处理。此方法比较实用，对界面的处理要求较为严格，必须将混凝土表面松动的砼凿除并冲洗干净，否则将会影响其结合作用，降低处理的效果。

5.4电化学防护法

电化学防护法主要有以下三种：

1）氯盐提取法

2）碱性复原法

3）阴极防护法

阴极防护法的原理就是利用外加电场阻止或减弱可以引起钢筋锈蚀的电流。灌浆混凝土中，灌浆锈蚀主要发生于在混凝土和钢筋界面上，空气中的水、氯化物、氧气及二氧化碳等环境介质的浓度不一致，灌浆表面处于活性状态，容易发生电化学反应，产生引起钢筋锈蚀的电流。

这种方法的主要优点是：可应用于对新建结构钢筋有长期防腐要求的重要工程；即便混凝土已经出现裂缝也可使用；适合于受氯盐侵蚀较为严重的钢筋混凝土结构，其应用受环境因素的影响较小。

阴极防腐保护法同时存在一些缺点：正极附近的混凝土会因酸性增大而受到损害；由于电场的存在，易引起钢笳周围的碱性离子增加，可能导致碱骨料反应而导致混凝土膨胀、开裂。[2]

5.5仿生自愈台法

目前，仿生学的发展推动了很多行业对仿生学的应用，建筑行业也引进了该种方法来对一些较难处理的通病进行处理，例如利用仿生自愈法进行混凝土裂缝的处理，虽然目前仍存在很多问题嗜待解决如愈合后混凝土性能的提高改善、愈合后混凝土的结合性能、不同情况的排斥性等，但是作为一种新方法的存在，它对混凝土裂缝的修复是有着极为深远的意义，该方法作用机理与生物组织受创后自我愈合的原理类似，在混凝土内部形成与生物组织一般类似的自我愈合网络系统，在裂隙产生后，部分渡芯纤维可以促使混凝土如生物组织一样进行自我的愈合，修复，最终形成完整的整体。

6 鲁能三亚湾美丽MALL项目1#、2#楼工程实例

针对大体积混凝土施工难度大、易开裂的特点，建设单位项目经理召集设计单位、监理单位及施工单位现场工程技术人员对1号楼及2号楼筏板基础进行了专题讨论并制定了周密的施工方案，以确保筏板基础混凝土施工不出现严重的质量问题和施工安全等问题。

6.1从用料方面进行严格把关

项目建设单位以书面形式致函三亚蓝钻混凝土配送有限公司，说明了大体积混凝土易开裂的特点及可能对工程质量造成的危害，要求三亚蓝钻混凝土配送公司必须按规定配置符合质量要求的商品砼，在规定许可的条件下适当加入活性掺合料，减少水和水泥的用量，尽可能减少筏板基础混凝土中的水化热。

6.2严格控制施工质量

严格要求施工单位按施工规范进行施工，在浇筑过程中，遵循“同时浇捣、分层推进，一次到顶，循序渐进”的成熟工艺，并按要求设置测温点。三个测温孔布置成三角形，分别测底板底部、中部和表面的温度，测温孔间距600mm。 测温点布置在底板边缘和中间，避开墙和反梁，共6个。振捣时重点控制混凝土流淌的最近点和最远点，振动点振动时不漏振，尽可能采用两次振捣工艺，以提高混凝土的密实度。监理单位现场工程师对筏板基础混凝土浇筑施工进行了全程旁站监理。

6.3做好混凝土的温度监测和养护

筏板基础混凝土浇筑完成后，随即用草帘或麻袋覆盖，进行保温养护。同时进行温度监测，掌握混凝土内外温度的变化，根据实测温度调整养护材料和养护覆盖时间。6天后开始浇水养护，因为新浇筑的大体积混凝土，由于正处于升温阶段，如果浇水或浸没在水中，混凝土外部突然冷却，造成内外温差过大，则容易产生严重裂缝，因此应避免早期浇水。蓄水、保温养护时间不小于10天，以提高混凝土早期强度的增长。

6.4对混凝土开裂进行补救

由于对材料、施工工艺和养护的把关、控制，经反复检查、核实筏板基础混凝土没有＞0.2mm的裂缝，所有裂缝均为无害裂缝。所以决定采用表面封闭法进行裂缝的补救措施，在微细裂缝的表面涂膜（弹性密封胶）以提高其防水性及耐久性。通过密封裂缝表面达到防止水分、二氧化碳以及其它有害介质侵入的目的。从而有效保证混凝土结构质量。

7结语

大体积混凝土的应用具有：结构整体性强，有抗渗要求;结构体积大，混凝土用量大，水泥水化热高，温度应力大等特点。施工中既要预防混凝土浇筑后升温阶段的早期开裂，又要防止混凝土散热冷却时产生收缩应力而造成的结构开裂，故在施工前后必须综合考虑，选择适宜的方法，以防止大体积混凝土裂缝的形成和发展。[3]

总之，在具体施工过程中我们要多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的看法，但对于具体的预防和改善措施还是比较统一的，在实践中的应用效果也是比较好的。我们要结合预防处理措施，做好充分的施工准备、加强组织管理与现场协调，混凝土的裂缝是完全可以控制在允许范围内的，从而有效保证混凝土结构质量。[4]

参考文献：

[1]何莲桂. 浅谈钢筋混凝土裂缝产生的原因和修补方法. 《中国高新技术企业》，2007（2）

[2] 李丽清. 常见混凝土裂缝的成因及修复措施. 《承德石油高等专科学校学报》,2007（5）

[3] 魏建峰. 浅谈大体积混凝土裂缝产生原因和控制措施 . 《浙江水利科技》,2009(3)

[4] 王原明.浅谈混凝土施工中温度裂缝的预防. 《科技情报开发与经济》,2006(8)