大体积混凝土裂缝产生原因分析

王健

黄冈职业技术学院建筑学院（438002）

大体积混凝土裂缝产生原因分析

王健

黄冈职业技术学院建筑学院（438002）

通过对大体积混凝土的构造特点、材料特性及施工工艺的研究和分析，研究裂缝产生原因，对于预防混凝土裂缝的产生有一定的意义。

大体积混凝土；裂缝；原因

1 大体积混凝土施工裂缝的常见位置

大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的。

1.1 地下室底板裂缝

高层建筑地下室的底板一般较厚，有的厚2～3m，属大体积混凝土施工。发生裂缝的主要原因是水化热高、与环境气温温差大、或养护不当。裂缝严重的可导致底板渗漏。若混凝土温度较高时突然浇冷水养护，也会产生无规则的多条微裂缝。

1.2 地下室外挡土墙裂缝

墙体混凝土强度等级普遍较高，多采用C40、C45、C50、C60水泥。如果这样水泥用量为500～550 kg/m3，势必造成混凝土收缩量大，不易养护。地下室外挡土墙很长，因此往往形成多条较有规律的竖向裂缝。这些竖向裂缝15～25m一条，上不到顶，下不到底，肉眼可明显地看到收缩裂缝形状。

1.3 地下室阴角裂缝

在地下室施工完后，通常会发现在外墙截面刚度变化处、平面形状转折处的阴角存在结构竖向裂缝。竖向裂缝由顶部向下开裂，上宽下窄。这是由于收缩应力和沉降、温度应力等共同作用，在角部形成集中应力超过混凝土抗拉强度所造成的。为了防止阴角部位混凝土产生裂缝，除从设计方面尽量少用凹凸的平面形式，在阴角处采用附加钢筋等构造措施外,还必须保证阴角部位的混凝土施工质量,及时覆盖、淋水，或喷洒养护剂进行养护，拆模时间不宜过早。

1.4 混凝土外表面裂缝

大体积混凝土结构的截面尺寸较大,一般较厚,有的厚为2～3m。混凝土一般在短期内浇筑完成，由于水泥的水化作用是放热反应，水化热与环境气温温差过大，混泥土烧灼、膨胀，造成混凝土外表面产生裂缝[1]。

2 大体积混凝土裂缝的主要种类

2.1 塑性收缩裂缝

混凝土塑性收缩裂缝在新浇结构、构件表面出现，形状不规则，类似干燥的泥浆面，主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量引起的。用水量和水泥用量越大，混凝土的收缩就越大。选用水泥的品种不同，收缩量也不同。此外，混凝土配合比、外加剂和掺合料品种以及施工工艺等,都会产生收缩裂缝。收缩裂缝大多在混凝土初凝后，当外界风速大、气温高、空气湿度很低的情况下出现[2]。

2.2 沉降收缩裂缝

沉降收缩裂缝多沿结构上表面钢筋通长方向或箍筋上断续出现,或在埋设件的附近周围出现，裂缝成棱形，宽度不等，深度不一，一般到钢筋上表面为止。这种裂缝多在混凝土浇筑后发生，混凝土结硬后即停止。

2.3 温差裂缝

混凝土内外部温差过大会产生裂缝，缝宽受温度变化影响较明显，冬季较宽，夏季较细。温差裂缝主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大，大体积混凝土更易发生此类裂缝。

2.4 碳化收缩裂缝

混凝土水泥浆中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用，生成碳酸钙，引起表面体积收缩，从而导致表面发生龟裂。

2.5 化学反应裂缝

混凝土内掺有氯化物外加剂,或以海砂作集料，或用海水拌制混凝土,使钢筋产生电化学腐蚀，铁锈膨胀而把混凝土胀裂，即通常所谓“钢筋锈蚀膨胀裂缝”。混凝土中铝酸三钙受硫酸盐或镁盐的侵蚀，产生难溶而又体积增大的反应物，使混凝土体积膨胀而出现裂缝，即通常所谓“水泥杆菌腐蚀裂缝”。混凝土集料中含有蛋白石、硅质岩或镁质岩等活性氧化硅与高碱水泥中的碱反应生成碱硅酸凝胶，吸水后体积膨胀，而出现裂缝，即通常所谓“碱骨料反应裂缝。水泥含游离氧化钙过多呈小颗粒，混凝土硬化后，水泥继续水化，发生固相体积增大，从而使混凝土出现“小豆子”似的崩裂。这种裂缝多发生在土法生产水泥配制的混凝土工程上。

2.6 安定性裂缝

表现为龟裂,主要因水泥安定性不合格而引起。

2.7 沉陷裂缝

结构、构件下面地基软硬不均，地基局部不均匀沉降而引起裂缝。

3 裂缝产生的影响因素

大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的。

3.1 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7d左右。一般每克水泥可以放出500 J左右的热量，如果以水泥用量350～550 kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17 500～27 500 kJ的热量，从而使混凝土内部温度升高[3]。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。

3.2 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，如支承条件、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由塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种混凝土收缩引起的。混凝土硬化初期，裂缝主要是由于水泥在水化凝固结硬过程中产生的体积变化引起的。混凝土硬化后期裂缝主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的。

3.3 外界气温湿度变化的影响

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叠加之后组成。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,则会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，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[4]。

3.4 化学反应影响

氯化物外加剂可使钢筋发生电化学腐蚀产生铁锈，铁锈膨胀把混凝土胀裂。混凝土集料中含有蛋白石、硅质岩、镁质岩等与高碱水泥中的碱反应生成碱硅酸凝胶。碱硅酸凝胶吸水后体积膨胀，使混凝土崩裂。水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。

3.5 不均匀沉降的影响

建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。

3.6 配合比不当的影响

混凝土配合比不当会造成混凝土塑性沉降裂缝。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，都会造成裂缝。

4 结语

随着建筑行业的快速发展,高层建筑工程、地下建筑工程呈现项目多、规模大的特点，大体积混凝土在工程建设中大量地被采用。大体积混凝土结构的施工技术和施工组织都较复杂,施工时应十分慎重，否则易出现质量事故，造成不必要的损失。特别是大体积混凝土裂缝导致的质量问题，造成的损失更大。

预防和控制大体积混凝土裂缝的产生，减小混凝土裂缝对建筑物的不利影响，确保大体积混凝土施工质量,大体积混凝土裂缝产生原因及防控，已成为当前工程项目管理过程中的一个重要课题。减少混凝土裂缝应以预防为主,针对混凝土构造特点、材料特性、施工工艺，采取有较措施，精心组织、合理安排、科学施工，使施工质量得到保证。

[1]郭德.钢筋混凝土结构[M].湖北工业出版社,2008,9.

[2]张威.建筑施工手册[M].中国建筑工业出版社,2009,4.

[3]王朝彬,东方.建筑工程常见病多发病防治[M].武汉工业大学,2009,5.

[4]王梦.建筑物的裂缝控制.湖北长安建筑股份有限公司内刊,2009,6.