淺談大體積混凝土裂縫產生的原因與控制措施

【摘要】 本文分析了工程結構中大體積混凝土裂縫產生的原因，探討了對裂縫的控制措施。

【關鍵詞】 大體積混凝土；裂縫原因；質量控制

大體積混凝土結構的施工技術與措施直接關系到混凝土結構的使用性能，若不能很好的了解大體積混凝土結構開裂的原因以及掌握應對此類問題所采取的相應施工措施，那么實際生產當中就很難保證施工質量。對大體積混凝土施工，工程技術人員對裂縫產生原因需認真分析，引起重視，實施工序間只要嚴格把關并采取相應的技術控制措施，強化施工管理，完善施工工藝和施工方法，提高施工質量，從源頭上、根本上解決問題，保證大體積混凝土的質量，使社會效益和質量得到保證。

一、大體積混凝土裂縫產生的原因

1、混凝土的收縮

礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標號越低、單位體積用量越大、磨細度越大，則混凝土收縮越大，且發生收縮時間越長。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結硬過程中產生的體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發而引起的干縮變形。

2、水泥水化熱的影響

水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350Kg/m³～550 Kg/m³來計算，每m³混凝土將放出17500KJ～27500KJ的熱量，從而使混凝土內部升高（可達70℃左右，甚至更高）。尤其對于大體積混凝土來講，這種現象更加嚴重。因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產生裂縫。

3、外界氣溫濕度變化的影響

混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環境或結構內部溫度發生變化，混凝土將發生變形，若變形遭到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混凝土抗拉強度時即產生溫度裂縫。溫度裂縫區別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應力，極其容易引發混凝土的開裂[1]。另外外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產生。

二、大體積混凝土裂縫的控制

1、大體積混凝土中水泥的品種及用量

大體積混凝土產生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。對于基礎工程中的大體積混凝土應該選擇低熱或者中熱的水泥品種。而水泥釋放溫度的大小及速度取決于水泥內礦物成分的不同。水泥礦物中發熱速率最快和發熱量最大的是鋁酸三鈣（C3A），其他成分依次為硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）和鐵鋁酸四鈣 （C4AF）。我們在大體積混凝土施工中應盡量使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥。我們應該充分利用混凝土的后期強度，以減少水泥的用量。因為大體積混凝土施工期限長，不可能28d向混凝土施加設計荷載，因此將試驗混凝土標準強度的齡期向后推遲至56d 或者90d是合理的。就是基于這一點，國內外很多專家均提出類似的建議。這樣充分利用后期強度則可以每m³混凝土減少水泥40 Kg～70Kg左右，混凝土內部的溫度相應降低4℃～7℃。

2、摻加外加料和外加劑

在大體積混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密實度，提高抗滲能力，改善混凝土的工作度，降低最終收縮值，減少水泥用量。要降低大體積混凝土的水泥水化熱引起的內部升溫，防止結構出現溫度裂縫，利用粉煤灰作混凝土的摻合料是最有效的方法之一。外加劑可以從以下幾個方面來選擇。UFA膨脹劑，它可以等量替換水泥。一方面保證混凝土的密實度，另一方面使混凝土內部產生壓力，以抵消混凝土中產生的部分拉應力。減水緩凝劑，并應保證一定的坍落度。這樣可以延緩水化熱的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以達到減少水化熱的目的。

3、大體積混凝土的骨料控制

在骨料的選擇上應該選取粒徑大強度高級配好的骨料。這樣可以獲得較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減小了混凝土裂縫的開展。

4、優化大體積混凝土的設計

改善內外溫度和其約束條件是防止大體積混凝土產生裂縫的重要因素。粉煤灰使混凝土水化熱在一定程度上延緩釋放，對大體積混凝土的溫度控制較為有效，同時增加了混凝土的和易性，促進了混凝土的后期強度，施工也較為方便。在滿足混凝土設計強度的前提下盡量減少水泥用量，降低水化熱。摻加緩凝型減水劑能有效延緩水化熱的釋放時間，減少混凝土內部水化熱峰值并減小溫度應力，避免出現冷接縫的可能。使用混凝土外加劑摻量5%，能有效補償混凝土干縮，并在一定程度上補償混凝土冷縮，減小混凝土應力，同時可有效改變混凝內部分子結構，增加密實度，提高混凝土抗滲、抗裂能力。

5、溫度控制

地下室大體積混凝土施工控制溫度應力，防止地下室尤其是底板裂縫產生的技術關鍵，主要應從降低溫度應力，提高混凝土早期強度和極限拉伸強度著手。熱應力的控制手段主要是控制混凝土的內外溫差△T：△T＝Tp＋Tr－Tf式中：Tp—起始澆筑溫度；Tr—水泥水化溫升；Tf—天然或人工冷卻后澆筑塊的穩定溫度。

在溫度較高的情況下進行施工，一定要注意降低混凝土澆筑時的溫度。可以在施工現場對堆在露天的砂石用布覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時對澆筑前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水。在混凝土的內部通入冷卻循環水，采用循環法保溫養護，以便加快混凝土內部的熱量散發。

6、加強施工技術與養護施工時插筋位置的振搗、抹壓、養護

由于鋼筋是熱的良導體，易產生大的溫度梯度，這是裂縫產生的一個主要環節。同時加強初凝前的抹壓，以消除初期裂縫，并加強早期養護，提高砼抗拉強度。砼澆筑后，應盡快回填土，土是砼最好的養護材料之一。采用蓄水法保溫養護，在混凝土施工期間可通入冷卻循環水，以便加快承臺內部熱量的散發。如采用內散外蓄綜合養護措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養護周期，對于超厚大體積混凝土施工尤其適用。

7、加強檢、測的技術管理

加強原材料的檢驗、試驗工作。施工中嚴格按照方案及交底的要求指導施工，明確分工，責任到人。加強計量監測工作，定時檢查并做好詳細記錄，認真對待澆筑過程中可能出現的冷縫，并采取措施加以杜絕。在變截面施工前，一定要加強預測，并保證預測的科學性。同時在實施過程中，要切實落實施工方案。

三、結束語

綜上所述，雖然大體積混凝土很容易產生裂縫，但是大量的科學研究以及成功的工程實例都表明：只要我們在設計、施工工藝、材料選擇以及后期的養護過程中能夠充分考慮的各種因素的影響，還是完全可以避免危害結構的裂縫的產生。

參考文獻：

[1]鋼筋混凝土結構設計規范.中國建筑工業出版社，1999.

[2] 趙穎.大體積混凝土裂縫控制初探[J].中州建筑，2005.