浅谈大体积混凝土裂缝产生的原因与控制措施

徐培龙

【摘要】 本文分析了工程结构中大体积混凝土裂缝产生的原因，探讨了对裂缝的控制措施。

【关键词】 大体积混凝土；裂缝原因；质量控制

大体积混凝土结构的施工技术与措施直接关系到混凝土结构的使用性能，若不能很好的了解大体积混凝土结构开裂的原因以及掌握应对此类问题所采取的相应施工措施，那么实际生产当中就很难保证施工质量。对大体积混凝土施工，工程技术人员对裂缝产生原因需认真分析，引起重视，实施工序间只要严格把关并采取相应的技术控制措施，强化施工管理，完善施工工艺和施工方法，提高施工质量，从源头上、根本上解决问题，保证大体积混凝土的质量，使社会效益和质量得到保证。

一、大体积混凝土裂缝产生的原因

1、混凝土的收缩

矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。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、水泥水化热的影响

水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m³～550 Kg/m³来计算，每m³混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量，从而使混凝土内部升高（可达70℃左右，甚至更高）。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

3、外界气温湿度变化的影响

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。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[1]。另外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。

二、大体积混凝土裂缝的控制

1、大体积混凝土中水泥的品种及用量

大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。对于基础工程中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙（C3A），其他成分依次为硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）和铁铝酸四钙 （C4AF）。我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。我们应该充分利用混凝土的后期强度，以减少水泥的用量。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56d 或者90d是合理的。就是基于这一点，国内外很多专家均提出类似的建议。这样充分利用后期强度则可以每m³混凝土减少水泥40 Kg～70Kg左右，混凝土内部的温度相应降低4℃～7℃。

2、掺加外加料和外加剂

在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部升温，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。外加剂可以从以下几个方面来选择。UFA膨胀剂，它可以等量替换水泥。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。减水缓凝剂，并应保证一定的坍落度。这样可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。

3、大体积混凝土的骨料控制

在骨料的选择上应该选取粒径大强度高级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。

4、优化大体积混凝土的设计

改善内外温度和其约束条件是防止大体积混凝土产生裂缝的重要因素。粉煤灰使混凝土水化热在一定程度上延缓释放，对大体积混凝土的温度控制较为有效，同时增加了混凝土的和易性，促进了混凝土的后期强度，施工也较为方便。在满足混凝土设计强度的前提下尽量减少水泥用量，降低水化热。掺加缓凝型减水剂能有效延缓水化热的释放时间，减少混凝土内部水化热峰值并减小温度应力，避免出现冷接缝的可能。使用混凝土外加剂掺量5%，能有效补偿混凝土干缩，并在一定程度上补偿混凝土冷缩，减小混凝土应力，同时可有效改变混凝内部分子结构，增加密实度，提高混凝土抗渗、抗裂能力。

5、温度控制

地下室大体积混凝土施工控制温度应力，防止地下室尤其是底板裂缝产生的技术关键，主要应从降低温度应力，提高混凝土早期强度和极限拉伸强度着手。热应力的控制手段主要是控制混凝土的内外温差△T：△T＝Tp＋Tr－Tf式中：Tp—起始浇筑温度；Tr—水泥水化温升；Tf—天然或人工冷却后浇筑块的稳定温度。

在温度较高的情况下进行施工，一定要注意降低混凝土浇筑时的温度。可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。在搅拌过程中向混凝土中添加冰水。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。

6、加强施工技术与养护施工时插筋位置的振捣、抹压、养护

由于钢筋是热的良导体，易产生大的温度梯度，这是裂缝产生的一个主要环节。同时加强初凝前的抹压，以消除初期裂缝，并加强早期养护，提高砼抗拉强度。砼浇筑后，应尽快回填土，土是砼最好的养护材料之一。采用蓄水法保温养护，在混凝土施工期间可通入冷却循环水，以便加快承台内部热量的散发。如采用内散外蓄综合养护措施，可有效降低混凝土的温升值，且可大大缩短养护周期，对于超厚大体积混凝土施工尤其适用。

7、加强检、测的技术管理

加强原材料的检验、试验工作。施工中严格按照方案及交底的要求指导施工，明确分工，责任到人。加强计量监测工作，定时检查并做好详细记录，认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝，并采取措施加以杜绝。在变截面施工前，一定要加强预测，并保证预测的科学性。同时在实施过程中，要切实落实施工方案。

三、结束语

综上所述，虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。

参考文献：

[1]钢筋混凝土结构设计规范.中国建筑工业出版社，1999.

[2] 赵颖.大体积混凝土裂缝控制初探[J].中州建筑，2005.