谈给排水厂站大体积混凝土裂缝的产生与防治

朱治国

(山西太水市政工程有限公司，山西太原 030024)

谈给排水厂站大体积混凝土裂缝的产生与防治

朱治国

(山西太水市政工程有限公司，山西太原 030024)

介绍了大体积混凝土的主要特点与种类，从水泥水化热内外约束条件、外界气温变化、混凝土收缩变形等方面，分析了大体积混凝土产生裂缝的原因，并提出了主要的防治措施，从而保证大体积混凝土的工程质量。

大体积混凝土，收缩变形，沉陷裂缝，防治措施

0 引言

大体积混凝土是指混凝土结构物其实体最小几何尺寸不小于1 m的大体量的混凝土，或者混凝土结构可能会因为胶凝材料的水化反应造成温度变化、收缩从而导致有害的裂缝产生。

大体积混凝土在工程中主要应用于水利大坝、桥梁墩柱、大型设备基础，以及大型建(构)筑物工程，尤其是在近几年城市市政基础设施建设中，更为常见。其中，市政给排水厂站构筑物工程中大体积混凝土裂缝的防治更值得研究。

市政给排水厂站构筑物工程中的大体积混凝土主要指大型给排水构筑物的底板工程，以及达到规模的池壁工程。

1 大体积混凝土的主要特点

大体积混凝土的主要特点是结构截面大、结构厚实、混凝土用量多，施工时因大体积混凝土内部水化热不易散发，易使所浇筑的结构物产生裂缝，影响结构安全和正常使用，故对施工技术要求较高。

2 大体积混凝土产生裂缝的种类

大体积混凝土产生的裂缝，依据缝隙深度分为贯穿裂缝、深层裂缝、表面裂缝三类。表面裂缝指的是温度裂缝，对结构物的危害性小，但影响结构物外观;深层裂缝指的是局部切断结构物断面的裂缝，会危害结构物的耐久性;贯穿裂缝指的是由表面裂缝逐步演变成切断结构物断面的裂缝，不但会危害结构物的耐久性，还可能破坏结构物的稳定性和整体性，对结构物的危害性大。

3 大体积混凝土产生裂缝的原因

大体积混凝土产生裂缝的原因，主要有两方面:一方面是混凝土内外温差产生温度应力和温度变形，另一方面是混凝土结构内外约束力即抗拉强度。当混凝土结构的温度应力大于其抗拉强度，混凝土结构物就会产生裂缝。分析常见裂缝，主要起因如下所述。

3.1 水泥的水化热影响

水泥在混凝土中发生水化反应时，会伴随反应产生热量，使其内部温度升高，当混凝土结构物的内部温度大大超过其表面温度的时候，结构物的温度应力和温度变形就随之产生。当结构物温度应力高于其内外约束力的时候，混凝土结构物就产生裂缝。

混凝土结构物的内部温度和混凝土的厚度、水泥的用量、灰水比，以及水泥的标号和品种等密切相关。

3.2 内外约束条件的影响

早期混凝土受到温度变化和外界约束等因素影响时，内部会产生较大的内应力，并且混凝土的早期强度较低，容易产生裂缝。由于水泥水化反应放热，使得混凝土结构物中心温度高、热膨胀大，结构物表面产生拉应力、中心产生压应力，当结构物表面拉应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土结构物就产生裂缝。而大体积的混凝土，由于结构的体积大，内部产生的水泥水化热很难得到及时散发，引起混凝土结构的内外温差较大，更易造成结构物过早的产生裂缝。

3.3 外界大气温的变化影响

在施工阶段，大体积混凝土常受外界大气温影响。外界气温的变化将加剧混凝土结构的开裂。当外界气温下降，特别是气温骤降，混凝土结构物的表面温度会骤然大幅降低，中心温度却下降速度较慢，造成结果是混凝土结构物的中心温度偏高、表面温度偏低，温差很大，温度应力很大，结构物内部体积膨胀、表面体积收缩，导致混凝土结构产生大量裂缝。规范规定，混凝土在浇筑及养护过程中，应确保混凝土结构表面温度与环境温度之差不应大于20℃，混凝土结构中心温度与表面温度之差不应大于25℃。实践证明，符合该规定时，混凝土结构因外界气温变化而产生的裂缝数量较少且对结构的强度、刚度、耐久性影响较小。

3.4 混凝土收缩变形的影响

混凝土的收缩变形是指混凝土在不受外力的情况下，因体积减小而产生的变形。混凝土收缩分为硬化收缩、失水收缩、塑性收缩、碳化收缩、温度收缩。硬化收缩是混凝土硬化过程中由于水泥和水化合化学引起的体积减小，这种收缩主要与水泥的品种有关，变形不大。失水收缩(干燥收缩)是混凝土中微小孔隙中的水散失引起的体积减小，变形过程非常复杂。塑性收缩主要是指混凝土在未凝结硬化之前，混凝土表面的水分蒸发损失，而混凝土结构还处在塑性状态的时候发生的收缩，裂缝主要产生在结构表面，深度不大。碳化收缩是指混凝土在长期的使用过程中，在环境中二氧化碳和水的作用下形成碳酸，与水泥的水化产物反应生成碳酸钙等产物而破坏混凝土的结构，同时导致混凝土发生碳化收缩，碳化收缩与失水收缩一般是同时进行的，碳化收缩也会造成结构表面裂缝的产生。温度收缩主要是指混凝土浇筑后，在凝结硬化的过程中，由于水泥水化发生反应，从而放出热量造成混凝土结构温度升高，在凝结硬化的后期，伴随着水泥水化的反应速度降低直至水化反应结束，热量不断散失，混凝土进入降温过程，混凝土温度降低伴随体积缩小，施工控制不当极易产生裂缝。

3.5 沉陷裂缝

沉陷裂缝主要因为支撑、支架变形和地基的不均匀沉降，大部分属于贯穿性或深层裂缝，有些在结构上部，有些在结构下部，一般与地面呈30°～45°或垂直方向发展。沉陷裂缝中较严重的贯穿性裂缝，大多左右或上下存在一定距离，裂缝宽度和地基的不均匀沉降、荷载大小有关，而与温度变化的关系很小。地基达到变形稳定后，沉陷裂缝基本上会趋于稳定。

4 大体积混凝土产生的裂缝主要防治措施

大体积混凝土产生的裂缝，依据上述原因分析，可采取两类防治措施进行沉陷裂缝和非沉陷裂缝的防治。

4.1 非沉陷裂缝的措施

非沉陷裂缝的防治主要是在混凝土结构的浇筑过程中，进行人为控制，减小结构内部产生的温度和结构外部外温度差。在施工之前，要准确计算热工，制定符合规范的、有效的技术措施。

4.1.1 优化配合比、优选材料

优选水化热较低的水泥，来降低混凝土结构中水泥水化热，使大体积混凝土升温的速度得到控制。严格控制拌制混凝土所用粗细集料的含泥量，含泥量超过一定限值不但会造成混凝土结构物抗拉强度降低，还可能加大混凝土的收缩，对混凝土的抗裂产生不利影响。

优化混凝土配合比，严格控制混凝土中粗细集料的级配和坍落度，尽可能降低水泥用量。

选用合适的外加剂，以改善混凝土的性能，适当延长混凝土的凝结时间。

4.1.2 优化混凝土的拌和、运输、浇筑、振捣施工方案

环境温度较高的季节，可以利用给混凝土拌合场设置遮阳棚、拌和时水中加入冰块、运输设备遮阳隔热等措施尽量降低混凝土的入模温度。环境温度较低的季节，可以利用拌和时加热砂石和水、运输设备保温等措施来提高混凝土的入模温度。

分层分块浇筑混凝土，利用增大浇筑面积来尽快散热，从而裂缝在混凝土中产生的概率降低，分层浇筑常用的方法有分段分层、全面分层、斜面分层。

混凝土浇筑时，应选择与浇筑方法相匹配的振捣方法，不漏振、不过振。

4.1.3 优化养护措施

养护大体积混凝土结构物的主要措施是保持适宜的温、湿度，使结构物内外温差控制在一定限值范围，保证结构物混凝土强度能够正常发展，并且可以防止裂缝的产生或者进一步发展。

当环境温度较高时，大体积混凝土的主要养护措施采用隔热保湿，必要时可通过在混凝土内部设置预埋水管通入冷却水的内部降温法来降低混凝土结构内外温差。环境温度较低的季节，大体积混凝土养护主要采取保温措施。

4.2 沉陷裂缝的防治措施

沉陷裂缝防治主要是支撑、模板支架的合理设计及地基的处理，必要时设置合理的后浇带，主要防治措施如下:

1)在对填土地基、松软土，上部结构施工之前，采取必要的处理措施加固和夯实。

2)防止混凝土浇筑及养护过程中地基被水浸泡。

3)保证模板及模板支架、支撑有足够的强度、刚度和稳定性。

4)依据混凝土结构的强度等级，准确掌握模板拆除的时间，不能太早拆模，并且把握拆模板的先后次序。

5)在冻土地基上，搭设模板和模板支撑、支架时要采取一定的抗冻融及抗滑预防措施。

6)在合适的位置，设置合理后浇带。

市政给排水厂站构筑物工程中大型钢筋混凝土底板大体积混凝土工程中，防治混凝土的沉陷裂缝主要采取上述措施中的地基夯实、加固和设置后浇带来实现。

5 结语

大体积混凝土结构裂缝的产生，主要是控制混凝土结构温度应力不超过其能承受的抗拉强度。大体积混凝土裂缝的防治，可以通过优选材料，采取适当的施工措施，养护措施等来实现。

［1］GB 50496—2012，大体积混凝土施工规范［S］.

［2］全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会.市政公用工程管理与实务［M］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

On formation of large concrete cracks in water-supply and drainage plants and their prevention

Zhu Zhiguo
(Shanxi Taishui Municipal Engineering Co.，Ltd，Taiyuan 030024，China)

The paper introduces the main features and classifications for the large concrete，analyzes the reasons for the cracks of the large concrete from the hydration heat of cement，internal and external restraints，external temperature changes，and concrete shrinkage and deformation，and points the main prevention measures，so as to ensure the engineering quality of the large concrete.

large concrete，shrinkage and deformation，settlement crack，prevention measure

TU755.7

:A

1009-6825(2016)36-0115-02

2016-10-09

朱治国(1982-)，男，工程师