大体积混凝土裂缝成因及控制初探

[摘要] 本文通过对大体积混凝土裂缝产生机理及影响因素的浅析，以控制混凝土的内外温差、降温速度、温度收缩应力为目的，试从配合比、材料、施工三方面探讨了控制裂缝产生的措施。

[关键词] 大体积混凝土 裂缝成因 控制措施

一、引言

目前，随着建设规模的日趋增大，有较大厚度和平面尺寸的钢筋混凝土结构日益增多，这些大体积混凝土在硬化过程中，容易产生各种类型裂缝，从而影响建筑物基础承载的整体性、耐久性、抗渗性和安全使用。

由于混凝土组成材料的非均质性，施工的差异和非一贯性，以及工况复杂、多变性，混凝土结构的裂缝是不可避免的。如何在不增加投资的条件下，采取合理的技术手段，尽可能的去杜绝有害裂缝，减少无害裂缝，是目前广大工程技术人员努力探讨的课题。

二、大体积混凝土裂缝的产生主要机理、影响因素及控制要求

1、裂缝形成的机理

（1）温度裂缝

水泥水化后，会产生大量的水化热，因混凝土的热传导性较差，混凝土内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成较大的内外温度梯度，出现冷缩，受内部混凝土约束，将产生较大拉应力，当某时刻的拉应力超过了当时混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂；而当混凝土从高温冷却收缩时，其整体将受到地基、垫层和其他外界结构的约束，也会产生较大的拉应力，产生裂缝。这些裂缝统称为“温度裂缝”。

（2）干缩裂缝

混凝土拌合水中的大部分没有参加化学反应，而是存在于硬化后混凝土的孔隙和毛细管中，毛细水在干燥环境下蒸发则会造成混凝土干缩；水泥在水化硬化过程中，化学反应后的体积比反应前缩小，都将产生干缩裂缝。

2、裂缝形成的影响因素

（1）水泥水化热是产生裂缝的主要因素

在混凝土比热和表观密度一定时，水化升温主要取决于：水泥及活性掺和料用量、水泥的水化热、水泥的性质。同时混凝土的用量越大，需求水泥的用量就越多，放出的热量就越多，混凝土内部的温度就越高。如果单位体积混凝土中水泥含量越高，那么内部温度就更高。

（2）混凝土内外温差

在外界气温和其他条件相同时，混凝土越厚，外表面的温度就越低，而混凝土用量越大，内部温度就越高，也就是说混凝土越厚，内部储存的热量就越多，且不易均匀散出，在硬化过程体积收缩时，体积变化量就很大。

（3）气候的影响

外界气温越高，水泥的水化反应速度越快，水泥的水化放热越集中，从而使内部温度很高。空气干燥、太阳直射、刮风等，使得混凝土表面水分蒸发速度快于混凝土内部向表面泌水速度，造成失水干裂。

（4）约束条件的影响

大体积混凝土的收缩及温度变形受到下部土壤地基及垫层的约束，以及由于结构内部非均匀的温度及收缩分布不均匀而产生的相互约束，会使得结构物在变形变化中受到阻碍，约束产生的应力超过允许值时，便可能产生裂缝。

3、裂缝控制的要求

为了保证施工质量，大体积混凝土温度裂缝控制应满足以下要求：

①混凝土内外温差

根据《混凝土质量控制标准》GB50164-92中第4.6.5.条规定，“……当无设计要求时，温差不宜超过25℃”。即应控制大体积混凝土表面温度与中心温度之差小于25℃。

②抗裂安全度K=ft/σmax≥1.15

③大体积混凝土长度L≤[L]平均伸缩缝间距。

满足上述三个条件，则混凝土具有足够抵抗温度裂缝的能力。

三、防止裂缝的控制措施

施工前，根据拟采取的施工方法、裂缝控制技术措施和已知的施工条件，首先应对最大水泥水化热温升值、收缩变形值、收缩当量温差和弹性模量进行计算，根据计算结果估算出混凝土浇筑后可能产生的最大温度收缩应力，其值应满足抗裂安全度。

1、混凝土原材料和配合比方面的技术措施

为了降低大体积混凝土水化热温升和干燥收缩，应合理设计混凝土配合比，优选原材料，着重突出以下几点：

（1） 采用较低用量的P.O.42.5低热水泥，水化热较低；

（2） 使用大掺量Ⅰ级粉煤灰，取代部分水泥。这样不仅减少了水泥用量，而且可以发挥粉煤灰物理填充作用，可加强粉末效应，粉煤灰二次水化吸收水泥水化产物――Ca（OH）2，生成C-S-H凝胶，可填充混凝土内部的孔隙，使混凝土结构更加致密，同时降低了混凝土中水分及碱金属离子的扩散速度。另外粉煤灰的碱含量较低，碱的溶出率更低，都起到了抑制碱-集料反应的作用；

（3） 选择有利于混凝土抗拉性能的骨料级配，降低其含泥量及杂质含量；

（4）掺加微膨胀复合外加剂（UEA），适当的膨胀作用，可以使混凝土有较大的预应力来抵消部分降温引起的拉应力，补偿混凝土的收缩变形，提高防渗抗裂能力；

（5）掺加高效减水剂，在保证其他组分用量不变的前提下，大幅度减水，降低水胶比，提高混凝土及混凝土极限拉伸强度，增强了抗裂防渗性能。同时也较大幅度降低了水泥用量，减少水泥的自身收缩和大体积混凝土的拉应力。

2、施工方面的技术措施

大体积混凝土施工要根据工程特点进行科学合理的施工部署，以保证混凝土浇筑的连续性，并在施工过程中注意以下问题：

（1）、控制好混凝土的出机温度和浇筑温度。最有效的方法是降低原材料的温度，其中又以降低石子温度最有效。在气温较高时，可采取向集料喷淋雾状水，或者在使用前用冷水冲洗集料的方法。

（2）、在混凝土终凝前进行二次振动，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。

（3）由于大体积混凝土厚度和塌落度都较大，表层粗集料较少，为减少塑性裂缝发生，在浇筑4～8h内初步按标高用长刮尺刮平，在初凝前用木抹子反复搓平压实。初凝后至终凝前再用铁抹子抹压，这样能较好地控制混凝土表面龟裂，减少混凝土表面水分的散发，以促进养护。

（4）在混凝土浇筑完毕时，及时控制测量浮浆的厚度，当浮浆厚度大于混凝土保护层厚度时，必须及时排出。

（5）切实做好混凝土养护工作，使混凝土保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面热扩散，降低总温差，使总温差产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止了贯穿裂缝的产生。同时，在潮湿条件下，可使水泥的水化充分、完全，从而提高混凝土的抗拉强度。

四、结语

综上所述，大体积混凝土裂缝控制可从优化配合比，优选原材料，科学施工三个关键环节入手，只要切实做好了每一个环节的工作，大体积混凝土的有害裂缝是完全可以避免的，工程质量一定能够得以保证。