大体积混凝土结构裂缝的成因及防止措施

[摘要] 大体积混凝土结构裂缝是工程施工中普遍存在而又难于解决的实际技术问题，本文对大体积混凝土中结构裂缝的成因进行了探讨和分析，并提出了的具体的防止措施。

[关键词] 大体积混凝土；结构裂缝；防止措施

中图分类号：TV331文献标识码： A

1.前言

大体积混凝土结构的截面尺寸较大，裂缝一般在混凝土浇注短期内形成，此时设计荷载尚未作用于结构上，因此由外荷载引起裂缝的可能性很小。但由于水泥的水化作用是放热反应，大体积混凝土自身又具有一定的保温性能，因此其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比其表层慢得多，在这些过程中，混凝土各部分的温度变形及由于其相互约束及外界约束的作用而在混凝土内产生的温度应力，是相当复杂的。一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。

2.大体积混凝土结构裂缝的成因

大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构物的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度的裂缝。具体产生裂缝的主要原因如下：

2.1水泥水化热的影响

水泥在水化过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。由于大体积混凝土截面的厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，会引起混凝土内部急骤升温。测温试验研究表明，水泥水化热在1～3d放出的热量最多，大约占总热量的50％左右；浇筑后的3～5d内，混凝土内部的温度最高。

混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力比较小。随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束越来越强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不能抵抗温度应力时，即产生温度裂缝。

2.2混凝土收缩的影响

混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

2.3外界气温及湿度变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。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就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

3.大体积混凝土结构裂缝的防止措施

大体积混凝土的裂缝破坏了结构的整体性、耐久性、防水性、危害严重，必须加以控制。大体积开裂主要是水化热使混凝土温度升高引起的，所以采用适当措施控制混凝土温度升高和温度变化速度，在一定范围内，就可避免出现裂缝。这些措施包含了混凝土施工的全过程，具体的重要防止措施如下：

3.1优选混凝土原材料

3.1.1水泥的选择

不同品种水泥水化所释放的热量各异，大体积混凝土宜选用水化热低、凝结时间长的水泥。在满足混凝土和易性、力学性能和耐久性的条件下，尽量使水泥用量降低至最小限度。从文献资料得知，1m3混凝土中的水泥用量每减少10kg，混凝土内部温度可降低1℃。减少水泥用量可以减少总的水化放热量，从而可以降低混凝土内外温差。

3.1.2骨料的选择

在选择粗骨料时，尽量选用粒径较大、质量优良、级配良好的石子。既可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。

在选择细骨料时，采用平均粒径较大的中粗砂，从而降低混凝土的干缩，减少水化热量，对混凝土的裂缝控制有重要作用。

3.1.3掺加活性掺合材料

在大体积混凝土中掺加活性掺合材料，既可以相应减少水泥用量，又可以降低混凝土水化温升。

3.1.4掺加外加剂

大体积混凝土宜选用高效缓凝型减水剂。

外加剂的缓凝作用可使水泥水化放热速率减慢，有利于热量消散，能使混凝土内部温升降低。

3.2控制混凝土入模温度

入模温度的高低，与出机温度密切相关，另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关。

混凝土的出机温度T0，可用下式计算：

T0=0.1896Ts+0.6313Tg+0.0447Tc+0.1343(1-P)Tw-10.74ηP

式中Ts、Tg、Tc、Tw―分别为砂、石、水泥和水的温度；

P―加冰率，实际用水量的百分比；

η―加冰的有效系数．，一般η=0.75～0.85。

3.3严格控制混凝土的浇筑速度

一次浇注的混凝土不可过高、过厚，以保证混凝土温度均匀上升。保证振捣密实，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，严防漏振及过振。

3.4加强砼温度控制、监测及养生

3.4.1温度控制、监测

为降低大体积混凝土的水化热，在混凝土的内部通入冷却循环水，采用循环法保温养护，以便加快混凝土内部的热量散发。

为能够较准确地测量出砼内部温度，在砼中预埋测温管，用水银温度计测温。上下层温差控制在15~20℃之内。根据各测点的温度，可及时绘制出混凝土内部温度变化曲线，对照混凝土理论计算值，分析存在的问题，有的放矢地采取相应的技术措施。

3.4.2砼养护

砼养护是大体积砼施工中一项十分关键的工作。主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土的内外温差，促进砼强度的正常发展及防止裂缝的产生和发展。

从砼浇筑完成到终凝这段时间的养护对砼而言十分重要。混凝土浇筑完毕后，在其顶面及时加以覆盖，要求覆盖严密，并经常检查覆盖保湿效果。其主要作用有二：一是蓄水保温，防止表面水分蒸发和抵抗受太阳辐射与刮风时温度骤变，二是保持内外温差的稳定。

3.5加强施工管理，提高施工质量

工程实践证明，大体积混凝土裂缝的出现与其质量的不均匀性有很大关系，混凝土强度不均匀，裂缝总是从最弱处开始出现，当混凝土质量控制不严，混凝土强度离散系数大时，出现裂缝的机率就大。加强施工管理，提高施工质量，必须从混凝土的原材料质量控制做起，科学进行配合比设计，施工中严格按照施工规范操作，特别要加强混凝土的振捣和养护，确保混凝土的质量，以减少混凝土裂缝的发生。

4.结论

实践证明，在优化配合比设计，改善施工工艺，提高施工质量，做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施，坚持严谨的施工组织管理，完全可以控制大体积混凝土结构裂缝的发生。

【参考文献】

［1］冯乃谦，实用混凝土大全，北京，科学出版社，2001

［2］佟万泉，浅析大体积混凝土结构裂缝的控制，辽宁，混凝土，2002

［作者简介］ 姓名：王瑞杰；性别：男；出生年月：1973年10月；籍贯：河北省石家庄市，1997年7月毕业于河北农业大学、农田水利工程专业，建筑工程师，国家一级注册结构工程师。