浅谈大体积混凝土裂缝成因及防治措施

　　摘要：大体积混凝土具有结构厚、体形大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点，因而在施工过程中若控制不当极易产生各种结构裂缝。笔者根据工作实践，分析了大体积混凝土裂缝成因，并提出了相应的防治措施。
　　关键词：大体积混凝土，裂缝，防治措施
　　改革开放以来，随着国民经济的快，速增长，建筑业出现了一派欣欣向荣的好景象。各种建筑物、构筑物的形体规模也不断扩大，大体积混凝土在建筑工程中的应用也越来越广泛。由于大体积混凝土具有结构厚、体形大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点，因而在施工过程中若控制不当极易产生各种结构裂缝。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，甚至会造成人们的生命和财产的巨大损失，应当引起施工技术人员的高度注意。
　　一、 大体积混凝土的定义
　　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，一般是指混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于1m。它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。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。按照美国混凝土协会（ACI）的规定：“任意体量的混凝土其尺寸大到足以必须采取措施减小由于体积变形引起的裂缝时。统称为大体积混凝土。”日本建筑学会标准（JASS5）中规定：“结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。
　　二、 大体积混凝土裂缝产生的原因
　　大体积混凝土自浇筑开始，就要经受外界环境和其本身各种因素的作用，使混凝土中任一点的位移和变形不断地变化，从而产生了应力。当应力超过了混凝土的极限强度，或极限变形值，混凝土就要产生裂缝。大体积混凝土裂缝产生的原因有以下几方面。
　　1、水泥水化热是大体积混凝土中的主要温度因素
　　水泥水化热是大体积混凝土中主要温度因素。水化热升温常达30℃～50℃。混凝土在硬化过程中由于水泥水化作用在最初几天产生大量的水化热，由于混凝土导热不良形成热量的累积从而引起混凝土温度升高和体积膨胀。大体积混凝土中心的水化热升温随壁（或板）厚增加而增加，在升温时混凝土未充分硬化部分的弹性模量很小因而升温时壁内积累的压应力数值不大。在降温收缩时，混凝土本硬结，弹性模量很大，因此这种收缩引起很大的拉应力。浇注温度加水化热温度构成最高温度，如果不采取方法控制最高温度值，不加强保温措施以减少内外温度差或不改善约束条件以减少温度应力，势必导致结构出现温度裂缝，严重时可形成贯穿性裂缝。
　　2、外界气温变化的影响
　　大体积混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的。因为外界气温越高，混凝土的浇注温度也愈高；如果外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由温差所引起的温度变形造成的，温差越大，温度应力也越大。在这种情况下，合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力就显得十分重要。
　　3、约束条件的影响
　　约束种类一般可概括为两类：即外约束和内约束。外约束一般是指支座或其他外界因素对结构变形的约束；内约束指较大的断面结构，由于内部非均匀的温度及收缩分布，各质点变形不均匀而产生的互相约束。大体积混凝土由于温度变化会产生变形，而这种变形又受到约束，便产生了应力，当应力超过某一数值时，便引起裂缝。
　　三、大体积混凝土裂缝防治措施
　　1、防止水化热过大产生温度裂缝的措施
　　（1）配制混凝土时，选用水化热较低的水泥。
　　（2）选择合适的砂石级配，在保证混凝土强度的前提下，尽量减少水泥用量或掺用混合材料（如粉煤灰），使水化热相应降低。
　　（3）掺用木钙减水剂或高效减水剂以减少用水量，增加混凝土的坍落度。
　　（4）降低混凝土的入模温度。
　　（5）必要时采用人工导热法，即在混凝土内部埋设冷却管，用循环水降温。
　　（6）夏季施工时，要有防护措施，尽量用低温的水搅拌混凝土。
　　（7）用矿渣水泥或其他泌水性较大的水泥拌制混凝土，在浇筑完毕后应及时排除泌水。必要时可进行二次振捣。
　　2、合理选择原材料，优化混凝土配合比
　　（1）水泥品种选择和用量控制。水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期温升和后期降温现象。由于矿物成分及掺和料含量的不同，水泥的水化热差异较大。为了降低水泥的水化热、减小混凝土的体积变形，大体积混凝土应选用中热或低热的水泥品种，一般选用低水化热的矿渣水泥，低热的矿渣水泥比同标号的普通硅酸盐水泥的水化热可减少1/4左右。另外，在满足混凝土强度和耐久性的前提下，尽量减少水泥的用量。
　　（2）掺加外加料。在混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，在混凝土用水量不变的条件下，由于粉煤灰颗粒成球状并具有“滚珠效应”，可以起到显著改善混凝土和易性的效能。若保持混凝土拌合物原有的流动性不变，则可减少单位用水量，从而提高混凝土的密实性和强度。由此可见，在混凝土中掺入适量的粉煤灰，不仅可以满足混凝土的和易性，还可以降低水化热。
　　（3）掺加外加剂。在大体积混凝土工程中通常都掺入一定的外加剂，一般可在混凝土中加入粉煤灰或木质素磺酸钙减水剂，如在混凝土中按水泥重量的0.25%掺减水剂，可减少10%左右的水泥。在降低混凝土成本同时，也大大改善了混凝土的性能。一方面，由于外掺剂取代了部分水泥用量，降低了水化热，从而降低了混凝土内外部的温差，有利于防裂；另一方面，这种减水剂可以缓凝，在大体积混凝土中可以避免冷接缝，提高工作性及流动性，有利于泵送。
　　（4）骨料的选择。保证在满足强度和施工性的前提下，应尽量增大粗细集料粒径，可减少用水量，相同水灰比的情况下，减少了水泥用量，有利于减少水化热的产生。同时，应严格控制粗细集料的含泥量，如粗细集料的含泥量过高，不仅增加了混凝土收缩，同时又降低了混凝土的抗拉强度，对混凝土的抗裂不利。在配合设计中应采用小水灰比，将水灰比控制在0.5~0.55之内，并且控制水泥用量。
　　3、改善约束条件
　　混凝土应力的大小取决于结构的约束情况，而约束作用的大小，与分缝间距有密切关系。合理的分缝能减轻约束作用，缩小约束范围。一般分缝间距控制在12m～18m为宜。后浇缝的宽度应考虑便于拆模满足同截面钢筋搭接比度的要求，以不小于1m为宜。后浇缝混凝土宜选用膨胀水泥配制。其开始浇筑时间应在全体结构浇灌完40天以后进行。改善约束条件，还要按设计要求3cm伸缩缝施工时必须保证（铺设3cm厚泡沫塑料）不同基础重叠处铺设油毡，使基础混凝土在温度变化时可自由伸缩。加强混凝土的振捣，提高混凝土密实度，保证施工质量；在应力集中部位增强构造配筋，提高混凝土抗裂性。
　　4、采用合理浇筑和养护措施
　　（1）浇筑要点。大体积混凝土的浇筑，应根据整体连续浇筑的要求，结合构件尺寸的大小等具体情况选用全面分层法、分段分层法、斜面分层法等方法。还要遵循大体积混凝土施工中已经形成的“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序渐进，一次到顶”的原则。为了减少大体积混凝土底板的内外约束，浇筑前宜在基层设置滑移层。为了加强分层浇筑层间的结合，可以采取在下层混凝土表面设置键槽的办法。浇筑温度宜控制在25以下。因此，必须合理安排施工时间，尽量避免在高温时段进行混凝土浇筑。同时要尽量加快施工速度、缩短浇筑时间，尽量降低混凝土的浇筑温度，减少结构物的内外温差，并延长混凝土的初凝时间。二次振捣是在第一次振捣后，于混凝土凝结前的适当时间再重复进行一次振捣的一项工艺。二次振捣能减少混凝土的内部裂缝，增强混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗裂性。
　　（2）养护措施。在每次混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护。不同施工季节应选择不同的混凝土养护方法。夏季施工时，要采用草帘覆盖、蓄水、洒水、喷水等温降方法进行养护；正常气温时，可喷刷养生液养护；冬季施工时，可使用保温材料来提高混凝土的表面温度，也可用薄膜养生液、塑料薄膜等封闭料对混凝土保温、保湿，在寒冷季节可搭设挡风保温棚。混凝土的养护时间根据水泥的品种确定，一般来讲，普通水泥的养护时间为14d，矿渣水泥、粉煤灰粉水泥、、火山灰水泥及掺加掺和料后的混凝土的养护时间为21d。
　　四、结束语
　　综上所述，大体积混凝土内部的温度应力是由水化热浇灌温度和外界气温变化以及约束条件影响等各种因素引起的，是它们的叠加应力。由于混凝土是一种脆性材料抗拉强度只是抗压强度的1/10左右，当混凝土内温度应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝。实际工作中，只有从原材料、施工、设计等方面加强质量控制，才能最大限度的预防和控制混凝土裂缝的产生，使混凝土结构工程更趋于合理、安全。
　　参考文献：
　　1、王铁梦，《建筑物的裂缝控制》[M]。上海：科技出版社，1987
　　2、付华，《大体积混凝土裂缝控制理论与工程应用研究》[D]《辽宁工程技术大学论文集》，2007
　　3、钟作明，《大体积混凝土裂缝成因与施工控制措施》《管理观察》，2008