大体积混凝土裂缝防治

向 鲁 裴克珺

1 概述

近年来混凝土结构因其材料廉价物美、施工方便、承载力大、可装饰强等特点日益受到人们的欢迎，于是大体积混凝土逐渐成为构成大型设施或构筑物主体的重要组成部分。所谓大体积混凝土，我国的《混凝土结构工程施工及验收规范》认为，建筑物的基础最小边尺寸在1 m～3 m范围内就属于大体积混凝土。但是大体积混凝土经常会出现裂缝，所以如何采取有效措施防止大体积混凝土的开裂是一个值得关注的问题。

总体说来，大体积混凝土裂缝一般可分为以下两种形式:

1)贯穿性裂缝。这种裂缝特征是由交界面向上延伸，靠近基底最大而在上部较小，严重的会破坏结构的整体性、耐久性、防水性和稳定性等，影响正常使用，危害严重，其产生的原因是温度应力作用的结果。

2)表面裂缝。这种裂缝一般产生很早，多呈不规则状态，深度较浅，属表面性质，表面裂缝易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展。

从控制裂缝的观点来讲，混凝土表面裂缝危害较小，而贯穿性裂缝危害很大，因此在大体积混凝土施工中，重点是控制混凝土贯穿性裂缝的开展。

2 混凝土裂缝形式和成因

大体积混凝土结构的裂缝发生是由多种因素引起的，主要因素如下。

2.1 水泥水化热的影响

水泥水化过程中放出大量的热量，且主要集中在浇筑后的7 d左右，从而使混凝土内部温度升高，尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象就更加严重。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。

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。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩三种，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 外界温度湿度变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界温度的变化对大体积混凝土裂缝的产生有很大的影响，外界气温越高，混凝土的浇筑温度也就越高，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，如果外界温度下降的过快，会造成很大的温度应力，很容易引发混凝土的开裂。

外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界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。

2.4 其他因素的影响

混凝土的配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续、数量不够，砂率及水灰比不当所造成的裂缝。

3 选择相应的措施控制裂缝的生成

为防止大体积混凝土结构产生裂缝，除需要在施工前进行温度计算外，还要在施工过程中采取一系列技术措施。

3.1 选择适宜水泥和控制水泥用量

因为混凝土升温的热源主要是水泥在水化反应中产生的水化热，所以选用中热和低热水泥品种，是控制混凝土温升的最根本方法。

大体积混凝土大多采用矿渣硅酸盐水泥，其水泥熟料矿物含量要比硅酸盐水泥少得多，而且混合材料中的活性氧化硅、活性氧化铝与氢氧化钙、石膏的作用，在常温下进行比较缓慢，早期强度(3 d和7 d)较低，但在硬化后期(28 d以后)，由于水化硅酸钙凝胶数量增多，使水泥强度不断增长，最后甚至能超过同标号的普通硅酸盐水泥，对利用后期强度非常有利。

3.2 选择适宜的骨料

1)一般大体积混凝土所需的强度并不是很高，所以砂石料含量比高强混凝土要高，约占混凝土总质量的85%，所以正确选用砂石料对保证混凝土质量、节约水泥用量、减小水化热量、降低工程成本是非常重要的。大体积混凝土在选择粗骨料时，在满足施工条件和工艺、钢筋间距、模板形状的条件下，尽量选用粒径较大、级配良好的石子。2)大体积混凝土中的细骨料，以采用优质的中粗砂为宜，细度模数在2.6～2.9范围内。

3.3 延缓混凝土的降温速率

大体积混凝土浇筑后，加强表面的保湿、保温养护，对防止混凝土产生裂缝具有重大作用。保温、保湿养护的目的有三个:第一，减小混凝土的内外温差，防止出现表面裂缝;第二，防止混凝土骤然受冷，避免产生贯穿裂缝;第三，延缓混凝土的冷却速度，以减小新老混凝土的上下层约束。

大体积表面保湿、保温材料的厚度，可根据热交换原理按下式计算:其中，δ为保温材料的厚度，mm;h为混凝土结构的厚度，mm;λ为保温材料的导热系数，W/(m·K);λc为混凝土的导热系数，可取2.3 W/(m·K);T2为混凝土的表面温度，℃;Tmax为混凝土的最高温度，℃;Tg为混凝土达到Tmax(浇筑后3 d～5 d)时的大气平均温度，℃;K为传热系数的修正值。

混凝土终凝后，进行蓄水养护是一种较好的方法。水具有一定的隔热保温作用，这样可以延缓混凝土内部水化热的降温速率，缩小混凝土中心和表面的温度差值，从而避免混凝土裂缝的开展。

蓄水养护时可按下式计算蓄水深度:

其中，hs为混凝土表面的蓄水深度，m;R为热阻系数，K/W;λw为水的导热系数，可取0.58 W/(m·K)。

3.4 降低混凝土浇筑温度

一般情况下，混凝土的浇筑温度不宜大于28℃，降低混凝土浇筑温度的方法如下:

1)在低温季节或环境气温较低的晚上、早晨浇筑混凝土。2)降低材料温度。材料应堆放在凉棚内，避免阳光直射，或喷水冷却集料，水泥储罐可油漆成白色或喷水冷却。3)加冰拌和。采用冷却水或加冰拌和混凝土能有效降低混凝土入模温度，用冰片代替部分水是一种常用方法。4)避免混凝土吸收外部环境热量。运输工具、泵送管路、搅拌机等应尽量遮阴、包覆、淋水降温。

3.5 埋设冷却水管

在混凝土中预埋网状水管，利用管中循环冷水的流动来降低混凝土内部的温度。冷却水可利用地下水、江水、河水、自来水等各种水源，冷却时间一般为浇筑开始初期的5 d～10 d。

3.6 掺加外加料和外加剂

掺加适量的粉煤灰，可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的。

掺加适量的减水剂，它可以有效地增加混凝土的流动性，且能提高水泥水化率，增强混凝土的强度，从而可降低水化热，同时可明显延缓水化热释放速度。

3.7 对混凝土局部加强

适当地在混凝土结构中增加构造钢筋也可提高混凝土的抗裂性能，配筋时应采用小直径、小间距的原则。另外，还要避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施也可达到防止混凝土裂缝的产生。

4 结语

在接待培训中心工程的基础混凝土施工过程中，我们采用了上述一系列措施来预防混凝土裂缝，经过近一年的考验，未发现任何混凝土结构有害裂缝。

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M］.北京:中国建筑工业出版社，1992.

[2]李继业.新型混凝土技术与施工工艺[M］.北京:中国建材工业出版社，2002.

[3]苑雪飞.大体积混凝土裂缝控制技术[J］.山西建筑，2011，37(14):83-84.