大体积混凝土结构裂缝控制研究

摘要：本文对大体积混凝土各种裂缝产生原因进行了深入地分析，并针对性了提出了一些防治措施，需在施工过程中采取必要的控制手段，才能有效的解决了大体积混凝土的裂缝。

关键词：大体积混凝土；裂缝控制；形式；原因

大体积混凝土的裂缝控制问题是一项国际性的技术难题，但在工程实践中仍然缺乏成熟和实用的理论依据，一些规范和规程尚不能完全解决现实设计和施工中提出的问题。因此，控制混凝土浇筑块体因水泥水化热引起的温升、混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度，防止混凝土出现有害的温度裂缝是施工技术的关键问题。

1 裂缝产生的主要原因及裂缝的形式

结构物在施工及使用过程中承受两大类荷载，有各种外荷载和变形荷载，统称为广义荷载。第一类荷载，包括永久荷载、可变荷载、风载和雪载等；第二类荷载，包括温度、收缩及不均匀沉陷等。裂缝产生的主要原因不外乎由以上两种荷载引起。据统计，在工程实践中结构物的裂缝原因，由第二类荷载（变形荷载）引起的裂缝约占80%—85%。而由第一类荷载（各种外荷载）引起的裂缝只占15%—20%。

裂缝按其形状分为表面的、贯穿的、纵向的、横向的、上宽下窄、下宽上窄、枣棱形、对角线形、斜形、外宽内窄的和纵深的等等。

裂缝宽度在一条裂缝上是不均匀的，控制裂缝宽度是较宽区段的平均宽度。裂缝又可分为愈合、闭合、运动、稳定及不稳定的等。地下防水工程或其它防水工程结构，在水压头不高（水位在10m以下）的情况下，产生0.1—0.2mm的裂缝时，开始有些渗漏，水通过裂缝同水泥结合，形成氢氧化钙和硫铝酸钙，生成胶凝物质胶合了裂缝，使原裂缝被封闭，裂缝仍然存在，但渗漏停止，这种现象称为裂缝的自愈现象，这种裂缝不影响结构的耐久性，是稳定的。结构的初始裂缝，在后期荷载作用下，有可能在压应力作用下闭合，裂缝仍然存在。但是稳定的。结构上的任何裂缝。在周期性温差和周期性反复荷载作用下产生周期性的扩展和闭合，称为裂缝的运动，但这是稳定的运动，有些裂缝产生不稳定性的扩展，应视其扩展部位，考虑加固措施。

2 温度裂缝

大体积混凝土结构，浇筑后水泥的水化热很大，由于混凝土体积大，聚积在内部的水泥水化热不易散发，混凝土的内部温度将显著升高。而混凝土表面则散热较快，这样形成较大的内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度，就会引起较大的表面拉应力，同时，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，如果温差产生的表面拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。这种裂缝多发生在混凝土浇筑后的升温阶段。如果此时混凝土表面不能保持潮湿的养护环境，则混凝土表面由于水份蒸发较快而使初期的混凝土产生干缩，将加剧裂缝的产生。这是混凝土浇筑后由于温升影响产生的第一种裂缝。

由于温升影响产生的第二种裂缝是收缩裂缝。这种裂缝产生在混凝土的降温阶段，即当混凝土降温时，由于逐渐散热而产生收缩；再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发，以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。

这两种收缩，在收缩时由于受到基底或结构本身的约束，会产生很大的收缩应力（拉应力），如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝，这种收缩裂缝有时会贯穿全断面，成为结构性裂缝，带来严重的危害。

表面裂缝虽然不属于结构性裂缝，但是，在混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱而且产生应力集中，促使混凝土收缩裂缝的开展。

因为这两种裂缝有其内在的联系，所以在大体积混凝土施工中都是不容忽视的。

总结过去大体积混凝土裂缝产生的情况，有下述一些规律：

（1）温差和收缩越大、温度变化和收缩的速度越快，越容易开裂，裂缝越宽、越密；

（2）基底对结构的约束作用越大，越容易开裂；

（3）温度梯度越大、承受均匀温差收缩的厚度越小，越容易开裂；

（4）在一般情况下，结构的几何尺寸越大，越容易开裂。

3 防止大体积混凝土的表面裂缝

混凝土浇筑后，混凝土因水泥水化热升温而达到的最高温度，等于混凝土成型时温度与水泥水化热引起的混凝土温升峰值之和。对于大体积混凝土，因其自身具有保温性能，内部散热比其表面散热要缓慢得多，因此内部温度在浇筑后的一段时间里，将比其表面温度要高得多。

混凝土内部与其表面的温差如果能控制在一定范围内，则混凝土将不致产生表面裂缝。根据国内外工程实践和理论研究，我国规范确定这个温差限值为25～C。

如果采取措施，降低混凝土的成型时温度，采用低水化热水泥或限制水泥用量，即可降低混凝土内部的最高温度；或者在施工时采取保温的养护措施，不使表面混凝土散热太快，使混凝土表面保持较高的温度。这两种措施皆可使混凝土内部与表面的温差减小。避免产生表面裂缝。水泥水化热引起的混凝土内部实际最高温升，与混凝土的绝热温升有关为了避免大体积混凝土出现表面裂缝，要使其内部温度与其表面温度之差尽量减小，满足我国规范规定的温差限值25℃的要求，需采取三个方面的措施：

降低混凝土成型时的温度：混凝土成型时的温度可由混凝土拌合物的温度、混凝土拌合物的出机温度及混凝土拌合物运输及浇筑时的温度增量等计算确定。

降低水泥水化热引起的混凝土内部最高温升：影响混凝土内部最高温升的因素主要是每m3混凝土中水泥的用量及单位水泥的水化热。

因此，要降低混凝土内部的最高温升，就要在满足混凝土强度等技术指标的前提下降低每m3混凝土中的水泥用量及选用水化热较低的水泥。要降低每m3混凝土中的水泥用量，可采取掺用减水剂及粉煤灰或沸石粉等措施；要选用低水化热的水泥，可选用矿渣硅酸盐水泥。

提高混凝土的表面温度：对大体积混凝土表面实行保温潮湿养护，使其保持一定温度，或加热养护，是防止混凝土内部和外表面产生过大的温差而引起表面裂缝的有效措施。

对于采用钢模或木模浇筑的大体积混凝土，带模养护有一定的保温作用，还可在模板外面挂草帘，以加强混凝土外侧表面的保温。有些工程采用一砖厚的永久性砖模（混凝土硬化后亦不拆除），有较好的保温效果。

对于大体积混凝土基础底板的上表面，可铺土、铺砂、灌水养护，亦可铺盖黑色塑料薄膜加盖草袋进行保温保湿养护。必要时还可对表面进行加温，以减小内外温差。

4 防止大体积混凝土的收缩裂缝

收缩裂缝产生在混凝土的降温阶段，即当混凝土降温时，由于逐渐散热而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发，以及胶质体的胶凝作用，促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩，在收缩时由于受到基底或结构本身的约束，会产生很大的收缩应力（拉应力），如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝，这种收缩裂缝有时会贯穿全断面，成为结构性裂缝，给建筑物带来严重的危害。

要防止大体积混凝土的收缩裂缝，就要解决混凝土降温收缩与硬化收缩这两个问题。

混凝土是由多种材料组成的。由于组成混凝土的多种材料的性能的多样性，以及混凝土施工工艺和养护环境的多样性，混凝土的温度应力变化是十分复杂的。冶金部建筑科学研究总院王铁梦同志经多年理论研究和工程实践，建立了一种比较结合实际的计算方法。当大体积混凝土的厚度与其长度之比小于0.2时（如高层建筑的箱形基础、桩基承台和筏式基础），在温度收缩变形作用下，其全截面基本为均匀受力，因此，其计算简图即为一弹性地基上均匀受力的长条板。

5 结语

综上所述，要控制大体积混凝土的裂缝产生，必须从根本上对浇筑块体因水泥水化热引起的温升、混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度进行合理控制，这也成为了防止混凝土出现有害的温度裂缝是施工技术的关键问题。