大体积混凝土裂缝成因分析及预防措施

摘要：近年来，越来越多的大体积水泥混凝土工程应用于各个领域，但随着时间的推移裂缝问题逐渐暴露出来。由于这些工程混凝土的使用量大，大体积混凝土硬化时要释放出大量的水化热，将导致混凝土内部温度过高，经常出现很多裂缝，严重影响工程质量。所以如何减少大体积混凝土的裂缝对保证工程质量显得非常重要。从设计、施工及选材等几个方面来分析大体积混凝土结构出现裂缝的原因，并讨论了相应要采取的措施。

关键词：混凝土裂缝产生原因预防控制

中图分类号： TV543 文献标识码： A

大体积混凝土是指最小断面任何一个方向尺寸大于1m以上,一次性浇筑量较大的混凝土结构,其尺寸已大到必须采取相应技术措施降低其温差,控制温度应力与裂缝开展的混凝土。大体积混凝土与普通混凝土相比,具有结构厚、体形大、钢筋密、一次浇筑量多，施工难度大等特点。大体积混凝土除需满足普通混凝土强度、刚度、整体性和耐久性等要求外，还必须控制混凝土温度变形裂缝的产生和发展。由于大体积混凝土施工条件复杂、施工情况各异，砼原材料质量性能差别很大，因此控制砼温度裂缝就不单纯是结构理论问题，还涉及到结构计算与设计、材料组成和其物理力学指标、施工工艺等方面的综合技术问题。

一、裂缝产生原因分析

目前对大体积混凝土的破坏机理，普遍达成以下共识：混凝土在浇筑、形成过程中存在毛细孔隙及材料的裂隙缺陷，在外界因素作用下，这些缺陷部位将产生高度的应力集中，并逐渐扩展发展，形成大体积混凝土体中的微裂纹。另一方面，大体积混凝土体中各相的结合界面是最薄弱的环节，在外界因素作用下，将脱开而形成截面裂隙，并发展成微裂纹。若外界因素继续作用，混凝土体中的微裂纹经过汇集、贯通的过程而形成宏观裂缝。同时，宏观裂纹的端部又因应力集中而出现新的微裂纹，甚至出现微裂纹区，这又将发展成新的宏观裂缝或体现为原有宏观裂纹的延伸。如此反复交替，宏观裂缝必将沿着一条最薄弱的路径逐渐扩展，最后使混凝土完全断开而破坏。因此，大体积混凝土材料的破坏过程实际上是损伤、损伤积累、宏观裂纹出现、损伤继续积累、宏观裂缝扩展交织发生的过程。

建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所产生的热量不能及时排散而产生温度变化和收缩作用。由此产生的温度收缩应力是导致砼产生裂缝的主要原因。温度裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。砼表面裂缝一般无规则可言，且深度小于钢筋保护层厚度；而贯通裂缝是在大体积混凝土强度发展过程中，由于温差超过一定限度（一般按20-25℃考虑）而引起的温差变形以及砼失水引起的体积收缩变形，受到地基或其它结构的约束限制时引起拉应力超过混凝土抗拉极限强度时可能产生贯通整个混凝土截面的裂缝。这两种裂缝对结构物均具有危害性。

二、控制裂缝开展的方法

混凝土表面裂缝在无侵蚀性有害气体或液体的使用环境下对结构的危害较小，而贯通裂缝由会影响结构的整体性、耐久性，严重的会产生结构断裂，影响结构的正常使用。有效控制表面裂缝的开展，防止贯通裂缝的发生可采取多种方式：

1、从设计方面可以如下措施：

①、设置永久性伸缩缝：在超长的现浇砼结构中间设置若干变形缝，以释放大部分变形。在设计中便考虑了每跨设置一道变形缝。变形缝一般控制在40-60m左右。

②、设置后浇带：在施工中设置后浇带，可有效控制温度裂缝的扩展。

③、采用改善配筋，减少砼收缩，提高砼抗拉强度等方法，以抵抗温度和收缩变形所产生的应力。

2、从施工方面可以如下措施：

在混凝土浇筑前，应检查模板的标高、位置、尺寸、强度和刚度是否符合要求；检查钢筋和预埋件的位置、数量和保护层厚度，并将检查结果填入隐蔽工程记录表；清除模板内的杂物和钢筋的油污;对模板的缝隙和孔洞应堵严；对木模板清水湿润，但不得有积水。混凝土的浇筑，应由低处往高处分层浇筑。每层的厚度应根据捣实、结构的配筋情况等因素确定。混凝土浇筑时应防止离析显现，振捣应均匀、适度。具体做法如下：

①、在浇筑竖向结构混凝土前，应先在底部填入与混凝土内砂浆成分相同的水泥砂浆。

②、浇筑中不得发生离析现象，当浇筑高度超过 3m 时，应采用串筒、溜管或振动溜管使混凝土下落。

③、在混凝土浇筑过程中应经常观察模板、支架、钢筋、预埋件、预留孔洞的情况，当发现有变形、移位时，应及时采取措施进行处理。

④、加强混凝土的早期养护时间。养护的目的是为混凝土硬化创造必要的湿度、温度等条件。常采用的养护方法有：标准养护、热养护、养护，根据具体施工情况采用相应的养护方法。

⑤、混凝土浇筑后，必须保证混凝土均匀密实，充满整个模板空间，新旧混凝土结合良好，拆模后，混凝土表面平整光洁。为保证混凝土的整体性，浇筑混凝土应连续进行。当必须间歇时，其间歇时间宜缩短，并应在前层混凝土凝结前将次层混凝土浇筑完毕。混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间。

三、控制温度和收缩裂缝的技术措施

结合工程实际，从控制混凝土的水化升温、延缓降温速度、减小砼收缩、提高砼极限抗拉强度、改善约束条件和设计构造等方面来控制温度裂缝的产生和发展。

1、降低水泥水化热

①、采用低水化热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥来配制混凝土。

②、利用混凝土后期强度，以减少砼的水泥用量。根据有关资料显示，每增减压10Kg/m3水泥，水化热将使砼温度相应升降1℃。

③、掺加粉煤灰或掺加相应的减水剂，改善砼和易性、降低水灰比以达到减少水泥用量、降低水泥水化热的目的。

④、少筋或无筋的大体积砼中，抛入20-30%的大石块（15-30cm），既节省水泥和减少水化热，又能减少砼用量。

2、降低混凝土入模温度

①、选择较适宜的气温浇筑混凝土，避开炎热天气和高温时段，也可用低温水或冰水搅拌混凝土，以达到降温的目的。

②、掺入缓凝型减水剂，如木质素磺酸钙等。

3、加强施工中的温度控制

①、砼浇筑完后及时做好砼保温保湿养护，夏季避免暴晒，注意保湿，冬天采取保温覆盖，以免发生温度剧变。

②、采用长时间养护，规定合理拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥砼的“应力松驰效应”。

③、加强温度监控与管理，将砼内外温差控制在20-25℃以内。

④、合理安排施工程序，减缓分层浇筑速度，分层浇筑厚度控制在30-50cm以内。结构施工完要及时回填土，避免砼长期暴露。

4、采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当位置设后浇带，以改善约束条件，降低温度应力。

大体积混凝土的施工条件复杂，施工条件各异，而且受自然环境、原材料供应及材料性能的影响都很大，需要因地制宜地加以分析，选择经济合理、施工方便且行之有效的一种或几种方案进行，切不可盲目行事甚至失得其反。所以我们仅仅能做的就是用我们的努力来降低它的裂缝率。并严格按照规范和相应的设计、施工依据进行。

参考文献：

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社，1997.

[2] 国家标准. 混凝土结构设计规范.GB50010-200234(1):150-151.

[3]韩素芳.钢筋混凝土结构裂缝控制指南[M].北京:化学工业出版社 2004.