大体积混凝土裂缝起因分析

曹凯 陈大全

【摘要】随着社会的高速发展及技术的进步，大体积混凝土的应用也越来越广泛，出现的问题也越来越多，有些已严重影响到工程结构的使用寿命及安全。文章主要对引起大体积混凝土裂缝的原因进行分析，并提出一些建议性的裂缝控制手段方法。

【關键词】大体积混凝土；裂缝；控制方法

一、大体积混凝土的概念

我国目前对于大体积混凝土还没有明确的定义，在国际上，各个国家对于大体积混凝土的定义及针对大体积混凝土的施工所做出的规定也各不相同。以美国为例，美国混凝土学会就对大体积混凝土做出了这样的规定：任何就地浇筑的大体积混凝土，要根据它尺寸的巨大而采取相应的措施来解决水化热及由于水化热而产生的形变的问题，以此来减少大体积混凝土开裂的数量。

在大体积混凝土施工中，由于混凝土中水泥的水化作用是放热反应，且大体积混凝土自身不易于散热，导致了大体积混凝土内部升温比外部升温幅度要大，这种升温幅度的差距导致混凝土各部分的热胀冷缩及由于其相互约束和外部约束共同作用而产生的应力是很复杂的，一旦温度超过混凝土结构所能承受的拉力的极限就会导致裂缝的产生。

二、造成大体积混凝土裂缝主要起因分析

1、材料选用、配合比设计不当

水泥：混凝土早期强度发展快可以给承包商带来明显的利益，水泥生产商将水泥产品中C3S的含量提高越来越多，细度也越来越大，导致了早期混凝土强度越来越高，水化放热越来越快，这就意味着混凝土的早期温升越来越大；在一般温度环境中会造成混凝土构件中心与表面之间的温度梯度过大，表面将会出现裂缝。粗细骨料：粗细骨料含泥量过大，造成混凝土收缩增大；集料颗粒级配不良，使得骨料堆积的空隙率大，相应地用于填充的水泥浆体量也大，既浪费了水泥，又容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。外加剂和掺合料：混凝土外加剂、掺和料选择不当或掺量不当，严重增加混凝土收缩。

配合比不当指水泥用量过大，水灰比大，含砂率不适当，骨料种类不佳，选用外加剂不当等，这几个因素是互相关联的。

2、环境的温差

由于大体积混凝土具有厚度和体积较大的特点，在施工进行时大体积混凝土实体结构的表面散热和内部散热快慢不同，混凝土表面与内部形成较大的温差，导致大体积混凝土受热不均的现象。由于热胀冷缩的原理，表面的混凝土收缩，内部的混凝土膨胀，就会导致大体积混凝土出现裂缝。除了大体积混凝土本身之外，外部的温度对大体积混凝土也会有一定的影响。在大面积混凝土施工的过程中，由于水泥的水化热现象加上混凝土本身散热功能的降温处理形成一个复合温度，这个复合温度与外部气温之间的差就是内外温差，当外部的气温很低，或者外部的气温下降很快的时候就会使大体积混凝土产生很大的应力而变形，容易使混凝土产生裂缝。

3、收缩裂缝

（1）温度收缩：温度收缩又称冷缩。它是混凝土由于水泥水化而产生温度升高，而后又冷却到环境温度时产生的收缩。其大小与混凝土的热膨胀系数、混凝土内部最高的温度和降温速率等因素有关。

（2）塑性收缩：在终凝前，混凝土处于塑性状态，塑性收缩比较明显。其成因是新拌混凝土的拌和物颗粒间充满着水，当表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时，则会造成毛细管中产生负压，使浆体产生塑性收缩。

（3）干燥收缩：干燥收缩指的是混凝土干燥失水产生的收缩。随着相对湿度降低，水泥浆体干缩增大，且不同层次的水对干缩影响大小也不同，实测干缩值大约在200×10-6～1000×10-6范围。

（4）自身收缩：泥水化反应的主要产物是C-S-H凝胶，其体积小于水泥与水的体积之和，即固相体积增加，但水泥浆体的绝对体积减小，这称之为自身收缩。大部分硅酸盐水泥浆体完全水化后，理论上体积减缩为7%～9%。

4、水泥水化热

水泥的水化热是大体积混凝土裂缝产生的根本原因。水泥在硬化过程中不可避免的要产生水化热。水化热可使大体积混凝土内部的温度达到60～80℃，尤其在夏天，体积特别厚大的混凝土，温度可能会更高。大量的热量聚集在内部不易散发出来，从而导致混凝土内部升温过快，最高温度出现在混凝土浇筑后的3～5d内，而此时混凝土表面温度为室外环境温度。当混凝土内外温差超过25℃时，因温度应力导致混凝土自身膨胀，可能产生裂缝。又由于混凝土的导热性能较差，浇注初期混凝土的强度和弹性模量都很低，对水化热引起的急剧温升约束不大。

三、大体积混凝土裂缝控制手段方法

1、混凝土材料控制

（1）水泥的品种选择：在选择水泥的时候要注意水泥的品种，由于水泥的外形基本一致，所以在选择水泥之前先让专业的工程师对水泥进行实验，以挑选出最佳的水泥。好的水泥由于其膨胀性和收缩性较小，施工之后产生的混凝土应力也相对较小，从而提高大体积混凝土的抗拉强度，有效的控制大体积混凝土裂缝发生。

（2）骨料的选择：①粗骨料：在骨料的选择上，大粒径的粗骨料往往孔隙率低，水泥掺量少且级配优良，因此宜采用大粒径的粗骨料作为拌合原料。水泥掺量少了，水化热会随之降低，混凝土构件内外温差自然得到控制，相对而言，也能降低裂缝发生的概率。②细骨料：细骨料选择那些级配优良的中砂或中粗砂。总体来说，在孔隙率和总表面积方面中粗砂都比较小，相对能降低水和水泥掺量，水泥水化热得到控制，从而达到防止裂缝的目的。除此之外，混凝土的收缩变形与砂的含泥量呈正相关，含泥量越大，收缩变形就越大，混凝土构件就容易出现裂缝。鉴于此，在混凝土施工中，最好选用干净的中粗砂作细骨料。

（3）适量掺加粉煤灰和外加剂。混凝土中掺用粉煤灰和外加剂后，能够改善混凝土的特性，降低水化热，在实践中，效果相当不错。内掺胶凝材料用量10%的膨胀剂，使混凝土产生适度膨胀而补偿收缩，防止混凝土开裂。

2、施工过程控制

大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，降温速度不应超过0.5℃～1.0℃/h。对大型设备基础可采用分块分层浇筑（每层间隔时间5d～7d），分块厚度为1.0m～1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时，在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层（浇二度沥青胶撒铺5mm厚砂子或铺二毡三油），底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少约束作用。此外，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。尽可能时间长些再拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。尽量采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。还可根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。

3、后期养护工作

在大体积混凝土完成后，由于其性能不够稳定，后期应该对其进行适当的外部养护，混凝土完工之后，大体积混凝土内部的温度也降了下来。就要防止混凝土表面温度过高，因此有效的减少混凝土表面热扩散是非常重要。在进行后期养护时可采取浇水的方法，能有效的降低混凝土表面温度和因为失水导致的裂缝。

四、结语

大体积混凝土裂缝对建筑工程质量影响比较大，为了能够减少或者避免大体积混凝土裂缝的产生，需要施工企业严格依照混凝土施工的相关规范规定进行施工，严控混凝土各个施工环节质量，做到发现问题及时采取措施。

参考文献：

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版社，2013.

[2]周玲，董明光.大体积混凝土裂缝成因及控制措施[J].中华建设，2013（01）