浅谈大体积混疑土结构裂缝的成因及控制措施

刘陈平

（湖南国防工业职业技术学院 湖南省湘潭市 411207）

1 大体积混凝土结构基本介绍

1.1 大体积混凝土结构的基本特点

相较于常规混凝土结构，混凝土浇筑量大、钢筋用量多、构件截面尺寸和体形大、工程条件复杂、施工难度系数大、施工技术要求高是大体积混凝土结构几个突出的基本特点。另外，大体积混凝土结构在实际施工过程中，由于水泥水化热所产生的热量、混凝土收缩、外界条件等原因给混凝土结构所带来的温度应力和收缩应力等影响也是要明显大于普通混凝土结构的。

1.2 大体积混凝土结构裂缝几种常见类型

裂缝是混凝土结构施工过程中所易出现的普遍性问题之一，尽管实际施工中对于混凝土结构的设计是以承载能力极限状态为基础的，但裂缝却是多数工程正常使用标准的主要控制因素。因此，要想有效减少和避免裂缝的产生，了解大体积混凝土结构裂缝的类型是必要前提条件。根据现代混凝土试验研究和施工实际经验案例总结，大体积混凝土结构裂缝主要包括以下几种类型：

①宽度不小于0.05mm、肉眼可见的表面裂缝、贯穿裂缝和深层裂缝。表面裂缝是指在混凝土构件表面所产生的裂缝，多由内外温差所致，一般发生在大体积混凝土结构浇筑初期；贯穿裂缝是切断结构断面、贯穿于整个构件截面的裂缝，对大体积混凝土结构的耐久性、稳定性和防水性等性能具有严重负面影响，由体积变形、温差和边界条件约束等多因素引起；基础约束范围内的混凝土大面积处于拉应力状态下时容易发生深层裂缝。②宽度小于0.05mm、不可见的骨料裂缝、粘着裂缝和水泥石裂缝。存在于骨料本身的裂缝即为骨料裂缝；存在于骨料周围和水泥石粘面上的裂缝即为粘着裂缝；存在于骨料间水泥浆中的裂缝即为水泥石裂缝。前者主要受外部因素影响较大，而后者则受材料本身影响较大。

2 大体积混凝土结构裂缝的成因

2.1 温度因素

温度是造成大体积混凝土结构裂缝的主要因素之一，主要体现在外界气温变化、水泥水化热和外部约束应力三方面。当外界气温发生变化时，大体积混凝土结构会与之产生温差，进而产生温度应力，温差越大，温度应力越大，大大增加混凝土表层与内部的温度梯度，进而引发大体积混凝土结构裂缝。大体积混凝土结构截面厚度大，水泥水化过程中所释放的大量热量聚集在结构内部不易散发，致使混凝土内部温度急剧上升，而初期浇筑的混凝土强度和弹性模量都很小，对水化热温度引发的变形约束较弱。随着混凝土龄期的增长，逐渐增强的混凝土强度和弹性模量对混凝土收缩变形的约束也随之变强，当温度应力大到混凝土抗拉强度不足以抵抗时就会产生温度裂缝。大量测温试验数据表明，混凝土浇筑3～5d内的内部温度是最高的，而水泥水化热在1～3d内放出的热量约为总热量的50%，是最多的，因而大体积混凝土浇筑初期非常容易产生温度裂缝。外部约束应力也是温度引发裂缝的一个主要体现。受下部地基限制，大体积混凝土与地基浇筑在一起时温度会改变，从而产生外部约束应力。初期大体积混凝土应力松弛较大，压应力小，随着温度降低，拉应力逐渐增大，当拉应力超出混凝土抗拉强度时就会产生垂直裂缝。

2.2 混凝土收缩因素

在水泥水化热过程中，除了会释放大量热量引发温度裂缝之外，还会造成大体积混凝土产生一定的体积变形。这种体积变形随着混凝土水分的蒸发、干燥，可能会使大体积混凝土出现收缩裂缝。另外，处于塑性状态下的大体积混凝土，当水平方向的减缩变得困难，或在某一方向的减缩收到限制时，往往容易出现一些不规则的塑性收缩裂缝。

3 大体积混凝土结构裂缝的控制措施

3.1 优化混凝土结构设计

由前面介绍可知，大体积混凝土具有构件尺寸大、钢筋用量多的特点，且不同工程项目施工难度、混凝土结构设计、技术要求不同。而实际案例表明，对大体积混凝土结构进行科学、合理设计，是减少裂缝出现的一个基本保障。优化大体积混凝土结构设计，具体可以从两方面入手：①对钢筋进行合理配置。考虑造成裂缝的各种因素进行补偿配筋，按照密配筋、小直径的原则增加配置构造钢筋，使构造钢筋具备温度筋的作用，从而进一步提高大体积混凝土的抗裂性能。②采用永久性伸缩缝设计方法。该种设计方法在实际应用中能够有效减弱约束应力。按照国家相关设计规范要求，对大体积混凝土的结构框架、剪力墙结构、伸缩缝等进行合理设计，降低由结构设计不合理所引发的大体积混凝土结构裂缝可能性。同时，在结构设计上还应融入一些有效的裂缝预防措施，进一步减少大体积混凝土裂缝的出现。

3.2 合理选用辅助材料

在优化混凝土结构设计基础上，还应对混凝土辅助掺料进行合理的选择。值得注意的是，对于外加掺料的选取，应不影响混凝土结构正常使用性能。在此前提下，为了降低水泥水化反应释放的热量，可以选用低水化热的水泥，如火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等。这是大体积混凝土施工中，控制混凝土温度上升的最基本方法之一，也是一种常用的有效控温方法，对于由水泥水化引起的大体积混凝土内部温升值可以起到很好的降低作用，进而有效减少大体积混凝土结构温度裂缝的出现。对于外加料的选用，针对大体积混凝土结构施工，目前采用较多的是木质素磺酸钙。这种外掺剂能够节省水泥用量，在降低水泥水化热的同时还可以减缓水化热的释放速度，不仅有利于大体积混凝土结构接缝，还能降低混凝土出现裂缝的概率。

骨料质量直接关系着混凝土的质量。在选择骨料时，应严格按照国家相关标准规定，选用淤泥、有机物、黏土及其他物质含量不超标的骨料，保证用料安全。鉴于石子的含泥量对混凝土质量的影响较大，若含泥量不合格，将会对混凝土的徐变、强度、抗渗性等多种性能造成不利影响，降低混凝土抗拉强度，加大混凝土的收缩，从而增加大体积混凝土结构发生裂缝的可能性。所以，为了降低这一因素影响，对于大体积混凝土骨料的选择，砂子的含泥量应控制在2%以内，石子的含泥量应严格控制在1%以内。同时，在加工骨料时，也应对材料的质量、性能进行严格的控制，确保材料质量满足大体积混凝土结构施工要求。

3.3 加强混凝土结构养护

养护是混凝土施工中的重要环节之一，做好大体积混凝土的后期养护工作至关重要。混凝土养护主要从两方面着手，即覆盖保温材料和表面蓄水保湿。在大体积混凝土浇筑完成后，应在混凝土表面铺上厚度适当的保温材料，如木屑、草帘、炉渣、粘土等，以减小混凝土内部温度与外界温度的差值，防止混凝土发生表面裂缝。除此之外，在混凝土表面覆盖保温材料，还可以促进水泥水化的顺利进行，避免产生过大的温度应力，延缓混凝土表面冷却速度，提高混凝土极限拉伸值，防止大体积混凝土出现贯穿裂缝和温度裂缝。待大体积混凝土终凝后，在其表面蓄存一定量的水，可以对混凝土起到良好的养护效果，提高混凝土结构整体性能。

4 总结

由上可知，造成大体积混凝土结构出现裂缝的原因有很多，如温度、收缩变形等。因此，在大体积混凝土实际施工过程中，必须要依据这些成因，严格遵守相关施工规范与要求，优化大体积混凝土结构设计，合理选用外掺料，切实做好对大体积混凝土的养护工作，从各阶段采取多措施对大体积混凝土结构裂缝加以全面、有效的控制，为大体积混凝土结构施工及工程整体施工提供安全保障。