大体积混凝土裂缝的成因及预防措施

王子勇

中铁二十二局集团第三工程有限公司（361000）

大体积混凝土裂缝的成因及预防措施

王子勇

中铁二十二局集团第三工程有限公司（361000）

随着国民经济的发展，大型现代化技术设施或构筑物不断增多，而大体积混凝土往往是构成其主体的重要组成部分。这里讨论了大体积混凝土的含义和特点，分析了大体积混凝土裂缝产生的原因，提出了预防措施，以期望提高大体积混凝土施工质量。

大体积；混凝土；裂缝；成因；预防措施

1 大体积混凝土的含义和特点

1.1 含义

美国混凝土学会规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。大体积混凝土一般在水工建筑物里常见,如混凝土重力坝等。

现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。它主要的特点就是体积大，一般实体最小尺寸大于或等于1 m。它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。

1.2 特点

结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂（一般都是地下现浇钢筋混凝土结构），施工技术要求高，水泥水化热较大（预计超过25℃），易使结构物产生温度变形。大体积混凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大,约束作用所产生的温度应力也愈大,如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝。

2 大体积混凝土裂缝产生的机理

大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重。而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性。表面裂缝一般危害性较小。

裂缝并不是绝对地影响结构安全，它有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3 mm，处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2 mm。

对于地下或半地下结构，混凝土的裂缝主要影响其防水性能。一般当裂缝宽度在0.1～0.2 mm时，虽然早期有轻微渗水，但经过一段时间后，裂缝可以自愈。如超过0.2 mm，则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中应尽量避免超过0.3 mm贯穿全断面的裂缝。如出现这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行灌浆加固处理。

大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是由于内外温差而产生的，另一方面是温度应力超过混凝土能承受的抗拉强度时产生的。温度裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度,但对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。

3 大体积混凝土产生的原因

3.1 水泥水化热

水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越来越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5 d。

3.2 外界气温变化

大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。气温骤降会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的。温差愈大，温度应力也愈大。在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

3.3 混凝土的收缩

混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的，而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后，处于水饱和状态，还可以膨胀并达到原来的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺和料的品种以及施工工艺（特别是养护条件）等。

4 大体积混凝土裂缝的预防措施

大体积混凝土很难完全防止裂缝的产生，只能控制裂缝，避免裂缝发展为有害裂缝。裂缝不仅是混凝土的缺陷，而且是混凝土结构的一种物理力学性质，如果重视温控设计以及各种影响因素，是可以最大限度地减少裂缝的。

4.1 设计措施

精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出高强度、高韧性、中弹性、低热值和高抗拉性的抗裂混凝土。

增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3%～0.5%。

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。

在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。

在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征,合理设置后浇缝。

4.2 施工措施

大体积混凝土可采取分层分块的浇筑方式，降低浇筑速度和浇筑层的厚度,利用浇筑层面散热，合理安排施工工序，避免过大的高差。

施工现场应严格控制混凝土的水胶比及坍落度，保证振捣质量，不应在雨中浇灌混凝土，提高混凝土的浇筑质量。

根据施工的季节，采取不同的温控措施。在夏季施工，尽可能在早、晚或夜间浇筑。根据浇筑温度的要求，可加冰拌和，冷却骨料，布置水管通冷水冷却。国外也有用液氮冷却混凝土的实例，但成本过高，一般不采用。若在冬季施工，尽量避开冬季最低温度时施工，可采用蓄热法和暖棚法浇筑。

施工过程中应注意保温保湿，采取蓄水法和覆盖法来减小内外温差。夏季注重蓄水养护，蓄水时间要长。因为夏季温度较高，如果突然脱离蓄水状态，会导致混凝土产生更为严重的裂缝。冬季则应注重保温养护，一般采用保温模板，也可以利用砂层保温、积水保温和隔热材料保温。砂层厚度要在0.5 m以上才能起到较好保温作用。积水保温作为浇后临时保温措施，必须保证积水深度大于可能结冰的厚度。

为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，在承台内埋没若干个测温点，采用L形布置，每个测温点埋设温管2根。一根置于承台混凝土的中心位置，测量混凝土中心的最高温升。另一根距承台上表面100 mm，测量混凝土的表面温度。用红色水银温度计测温，以方便读数。第l～5 d每2 h测温1次，第6 d后每4 h测温1次，测至温度稳定为止。从已有施工经验的测温情况看，混凝土内部温升的高峰值一般在3.5 d内产生，3 d内温度可上升到或接近最大温升，内外温差值在20℃左右。

施工时加强插筋位置的振捣、抹压、养护。加强初凝前的抹压，以消除初期裂缝。加强早期养护，提高混凝土抗拉强度。

加强原材料的检验、试验工作。施工中严格按照方案及交底的要求指导施工，明确分工，责任到人。加强计量监测工作，定时检查并作好详细记录，认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝，并采取措施加以杜绝。施工前，一定要加强预测，并保证预测的科学性。同时在实施过程中，要切实落实施工方案。

[1]林梦凯.大体积混凝土裂缝的成因及防治措施[J].甘肃科技，2009(3)：125-126.

施工两方面进行严格的控制。在设计过程中要精心组织，采用最佳设计方案，确保系统在高效、经济的状况下运行。在施工时必须控制施工工艺，加强监管，及时解决工程建设中存在的问题，使暖通空调系统的作用得到充分发挥，以满足现代建筑对人们高质量生活的需要。