浅析大体积混凝土裂缝

刘建忠

摘 要：大体积混凝土的施工技术要求比较高，也是目前建筑业界普遍面临的问题，裂缝防治不能单单从一个方面着手，应在大体积混凝土工程设计、设计构造要求、混凝土强度等级选择、混凝土后期强度利用、混凝土材料选择、配比的设计、制备、运输、施工，混凝土的保温保湿养护以及在混凝土浇筑硬化过程中浇筑体内温度及温度应力的监测和应急预案的制定等技术环节，采取了一系列的技术措施，采用合理的施工方法，才能有效地防止裂缝的发生成功，确保工程质量。

关键词：大体积混凝土；裂缝；控制；温度裂缝；优化配合比；成型工艺

前 言

大体积混凝土的特点是以大区段为单位进行施工，施工体积厚大，由此带来的问题是水泥水化作用所放出的热量造成较大的内外温差，加之混凝土早期的抗拉强度底，弹性模量小，致使混凝土开裂，影响工程质量。本文从混凝土裂缝产生的原因着手，经过深入的分析和工程实例，如何在施工前和施工过程中制定相应的施工措施，严格控制裂缝产生和发展，以保证工程质量提出了相应的观点。

1 大体积混凝土的定义

我国的大体积混凝土施工规范（GB50496-2009）中明确定义：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。

2 大体积混凝土裂缝类型及裂缝产生原因分析

大体积混凝土结构裂缝主要包括干燥收缩裂缝、塑性收缩裂缝、自身收缩裂缝、安定性裂缝、温差裂缝、碳化收缩裂缝等，其中主要影响的还是收缩裂缝、温度裂缝以及沉陷裂缝。

2.1 收缩裂缝

混凝土在逐渐散热和硬化过程中会导致其体积的收缩，对于大体积混凝土，这种收缩更加明显。如果混凝土的收缩受到外界的约束，就会在混凝土体内产生相应的收缩应力，当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。

2.2 温度裂缝

温度裂缝产生的原因有以下两个方面：

（1）由于温差较大引起的，混凝土结构在硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，使混凝土表面和内部温差较大，混凝土内部膨胀高于外部，此时混凝土表面将受到很大的拉应力，而混凝土的早期抗拉强度很低，因而出现裂缝。

（2）结构温差较大，当大体积混凝土浇筑在约束地基（例如桩基）上时，由于受到外界的约束，又没有采取特殊措施降低，放松或取消约束，或根本无法消除约束，裂缝易发生深进，直至贯穿整个混凝土整体。

2.3 沉陷裂缝

沉陷裂缝多属进深或贯穿性裂缝，走向与基础沉陷情况有关，可能出现在结构的上部或下部，一般与地面垂直。

3 保证大体积混凝土质量及控制裂缝的措施

综上所述，大体积混凝土产生裂缝的原因主要可以归纳为以下三个大的方面：温度裂缝、收缩裂缝及沉陷裂缝。可以通过以下措施控制混凝土结构物裂缝的产生。

4 防治措施

4.1 设计措施

4.1.1 地基处理

大体积混凝土地基对基础的影响十分明显。在设计时主要应防止地基产生不均匀沉降。

4.1.2 合理分缝分块

从现有施工技术水平出发，合理分缝分块，应能使结构起到调节温度变化的作用，确保混凝土有自由伸缩的余地，以达到释放温度应力为目的。

4.1.3 合理设置分布筋

由于钢的弹性模量约为混凝土的7～15倍，所以当混凝土内应力达到抗拉强度面开始裂缝时，此时的钢筋应力很小，将不超过10～20MPa。因此想利用钢筋来防止混凝土裂缝的出现，是不可能达到目的。但是合理布置分布钢筋，可以起到减轻混凝土收缩程度，限制裂缝的开展。

4.2 模板与钢筋

4.2.1 模 板

大体积混凝土施工时，模板承受着混凝土侧压力及振捣混凝土的振动力，因此保证模板及其支撑系统的可靠性，防止模板产生过大的变形时完全必要的。

4.2.2 钢 筋

在混凝土中如果使用严重锈蚀的钢筋，体积会增大。因此入模前钢筋的除锈工作是必须要做的，锈蚀严重的钢筋禁止使用。

4.3 对施工材料的要求

（1）合理选择水泥。尽量选用低熱或中热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥），或利用混凝土的后期强度以降低水泥用量，减少水化热。

（2）适当搀加粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热。

（3）选择级配良好的骨料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80～83%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。

（4）加入适量外加剂。加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会。减水剂的主要作用是改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。

4.4 配合比设计要求

大体积混凝土配合比设计，除应符合现行国家现行标准《普通混凝土配合比设计规范》JGJ55外，尚应符合下列规定：

（1）采用混凝土60d或90d强度作为指标时，应将其作为混凝土配合比的设计依据。

（2）所配制的混凝土拌合物，到浇筑工作面的坍落度不宜低于160mm。

（3）拌和水用量不宜大于175kg/m3。

（4）粉煤灰掺量不宜超过胶凝材料用量的40%；矿渣粉的掺量不宜超过胶凝材料用量的50%；粉煤灰和矿渣粉掺合料的总量不宜大于混凝土中胶凝材料用量的50%。

4.5 大体积混凝土成型工艺

混凝土的成型工艺，一般包括从搅拌、运输、入模、浇筑等全过程。根据大体积混凝土的技术特征，在确保混凝土具有良好的和易性和温度要求的情况下，在操作过程中药突出一个“快”字，以满足结构物整体浇筑的需要。

（1）做好养护措施。混凝土浇注完毕后，应及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿润，这样既减少外界高温倒灌，又防止干缩裂缝的发生，促进混凝土强度的稳定增长。

（2）做好通水冷却工作。若是在高温季节施工，则要在初期采用通制冷水来降低混凝土最高温度峰值，但注意，通水时间不能过长，因为时间过长会造成降温幅度过大而引起较大的温度应力。

（3）加强混凝土浇筑后的养护混凝土浇筑后，应尽快回填土覆盖养护。

4.6 大体积混凝温度控制要求

温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，是防止温度裂缝的核心。施工时要加强技术管理。施工时要编制好施工方案，制定切实可行的具体措施。加强温度监测工作，不仅要在混凝土成型后，对混凝土的内部温度进行监测，而且应在一开始，就对原材料、混凝土拌合、入模和浇筑温度进行系统测试，才能针对存在的问题及时进行改进。

5 工程实例分析

宁波宝新钢厂冷带退火酸洗跨设备基础大体积混凝土施工。

5.1 工程概况

设备基础全部为钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C30P6。基础为全长329.86m，宽10.9～34.3m，基底标高最深底标高分别为-10.900m，基础底板厚度多为1.5m，局部底板最厚处达3m，基础结构总体上呈箱型结构，整个基础设两道变形缝，施工时根据规范设多道后浇带。本工程在第一段基础施工完成后，个别处出现了严重的混凝土裂缝现象。

5.2 原因分析

根据几次裂缝产生的部位、施工操作方法、施工环境、材料用料情况及相应采取改进措施后的实施效果等因素，现场组织了多次专题会议对裂缝产生原因进行分析、研究。成因分析包括：

5.2.1 表面裂缝成因分析

混凝土内外温差产生相应赢利造成混凝土表面就会产生裂缝。

5.2.2 贯穿裂缝成因分析

由于混凝土内部热量是通过表面向外散发的，降温阶段混凝土温度场的分布仍就是中心温度高，表面温度低的状态，因此混凝土中心部分与表面部分的冷却程度不同，在混凝土内部产生较大的内约束。因此，降温收缩产生的拉应力较大，除了抵消升温时产生的压应力以外，在混凝土中形成了较高的拉应力，从而引起大体积混凝土的贯穿裂缝。

结合以往的经验，通过对各种情况的对比与试验分析，最终认为产生裂缝的原因很多，除了荷载、温度、收缩、不均匀沉降等原因外，还有以下几项原因：

（1）原材料质量低劣：砂石含泥量过大、砂的细度模数太小。

（2）配合比不当：坍落度和单方水泥控制不当。

（3）施工方法不当：负弯矩钢筋被踩。养护时间短、二次收光时间不当、支模刚度不够。

（4）人员因素：操作人员质量意识差、技术素质低、技术交底不祥。

（5）环境因素：混凝土开浇时间控制不当：如太阳曝晒，出现了不均匀沉降的现象等。

5.3 大体积混凝土的施工工艺

分层灌注时振捣上层应插入下层5cm左右。每点振捣20～30s，视混凝土表面不再显著下沉，不再出现气泡、泛出灰浆为止。20～30min后进行复振。每振捣完一段，要随即摊平。

为控制混凝土内外的温差，在混凝土施工中做好测温孔的布设，测温孔间隔10m左右，在设备基础转角处也需设置，测温孔埋入基础3/5处，用？准48的脚手管，浇注完后由专人检测表面温度与结构中心温度，测温时间不小于14d，前7d每隔4h测温一次，后7d每隔8h测温一次。

后期施工过程中，针对以上出现的问题采取了必要的措施，施工质量得到了控制，没有出现同类现象

6 结论与展望

通过以上分析可知，大体积混凝土裂缝防治工程设计、制备、运输、施工，混凝土的保温保湿养护以及在混凝土浇筑硬化过程中浇筑体内温度及温度应力的监测和应急预案的制定等技术环节，采取了一系列的技術措施，采用合理的施工方法，才能有效地防止裂缝的发生成功，确保工程质量。

参考文献

[1]叶琳昌、沈义.大体积混凝土施工.北京：中国建筑出版社，1987.

[2]韩素芳主编.混凝土工程病害与修补加固.北京：海洋出版社，1996.

[3]郭镇海.钢筋混凝土原理.北京：清华大学出版社，1999.