大體積混凝土裂縫產生的原因分析與防控措施

周　捷

摘要：大體積混凝土結構物施工技術難度大，容易引發許多影響使用安全的質量隱患。本文從混凝土內部溫度分布情況及其變化規律著手，分析了大體積混凝土施工過程中裂縫產生的原因，并提出相應的防控措施。

關鍵詞：大體積混凝土；裂縫；原因；防控措施

混凝土內部溫度取決于混凝土本身所貯備的熱能。在絕熱條件下，混凝土內部最高溫度為澆筑溫度與水泥水化熱溫度總和。實際施工過程中，由于混凝土內部溫度與外界環境溫度之間存在溫差，并且混凝土四周并不能充分散熱，所以新澆筑的混凝土與周圍環境之間便會發生熱能交換。混凝土模板、外界環境和養護條件等因素都會不斷改變混凝土內部所貯備的熱能，并促使混凝土內部溫度逐漸發生變化，表現為“由低到高，再由高到低”的變化過程，混凝土內部最高溫度實際上是入模澆筑溫度、水泥水化熱引起的絕熱升溫和混凝土澆筑后的散熱溫度三者的疊加。

1 大體積混凝土裂縫的產生原因

混凝土中產生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理，原材料不合格(如堿骨料反應)，模板變形，基礎不均勻沉降等，歸納起來主要有以下幾點。

外界氣溫變化。大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會大大增加內外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應力是由于溫差引起溫度變形而造成的，溫差愈大，溫度應力也愈大。同時，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內部的最高溫度一般可達60℃-65℃，并且有較長的延續時間。因此，應采取溫度控制措施，防止混凝土內外溫差引起的溫度應力。

混凝土的收縮。混凝土中約20％的水分是水泥硬化所必需的，而約80％的水分要蒸發，多余水分的蒸發會引起混凝土體積的收縮。混凝土收縮的主要原因是內部水蒸發引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態，還可以恢復膨脹并幾乎達到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化，在混凝土內部產生很大的收縮應力，導致混凝土的裂縫。影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝、養護條件等。

水泥水化熱。水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，所以水泥產生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發出去，以至于越積越高，使內外溫差增大，產生溫度應力和收縮應力。水化熱產生的混凝土內部最高溫度，多發生在澆筑后的最初3天至5天，以后逐漸降低，這與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關。結構裂縫主要是由降溫和收縮引起的，前者引起外約束，是導致貫通裂縫的主要原因；后者引起自約束，主要引起表面裂縫。因此在降溫階段，如果溫差較大，則早期出現裂縫的可能性較大。

約束條件。大體積混凝土與地基澆在一起，早期混凝土溫度上升時，混凝土膨脹受到地基約束會產生壓應力；當后期溫度下降時，混凝土收縮受到地基約束便會產生拉應力。由于混凝土的抗壓性能優于抗拉性能，所以在受壓時一般不會出現裂縫，而在受拉時，當拉應力大于混凝土的抗拉強度時，就會在混凝土中出現垂直裂縫。

2 大體積混凝土裂縫的防控措施

2.1 科學用料、合理調配

控制含泥量。根據結構斷面最小尺寸和泵送管道內徑，選擇合理的最大粒徑。選用天然連續級配的粗集料，使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進而減小水化熱，以采用級配良好的中砂為宜，通過試驗證明，采用細度模數2.8的中砂比采用細度模數2.3的中砂，可減少用水量20kg/m3-25kg／m3，可降低水泥用量28kg／m3-35kg／m3。因而降低了水泥水化熱，混凝土溫度升高和收縮，選用合理砂率對混凝土的可泵性是有所提高的。

控制水灰比。混凝土中摻入一定數量的優質粉煤灰。不但能代替部分水泥，而且粉煤灰顆粒呈球狀具有滾動效應，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性，并且能夠補充泵送混凝土中粒徑在0.315 mm以下的細集料達到占15％的要求，從而改善了可泵性。摻優質粉煤灰的混凝土后期強度高，在一定范圍內60天比28天強度均可增長20％左右。

減少水泥用量。選用水化熱較低的32.5號礦渣硅酸鹽水泥。其早期的水化與同齡期的普通硅酸鹽水泥相比，3天的水化熱約低30％。大體積混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土早期升溫和后期降溫產生內部和表面溫差。合理地選用水泥是控制溫度裂縫的有效措施。

2.2 優化澆搗方法

大體積混凝土施工段的劃分及澆筑順序應根據具體工程結構確定，通常按該工程項目劃分表的單元工程進行劃分。混凝土可采用混凝土運輸車運到現場，汽車泵或混凝土輸送泵運送入倉；如采用非泵送混凝土，可用吊機(車)直接布料或搭設腳手架采用機動車布料。大體積混凝土必須根據當地中長期天氣預報，選擇最佳天氣條件進行澆筑，應盡量安排在低溫時段澆筑，以最大限度降低混凝土的初凝溫度。在澆筑過程中， 應遵循“同時澆搗、分層推進，一次到頂， 循序漸進”的成熟工藝。振搗時重點控制兩點，即混凝土流淌的最近點和最遠點， 振動點振動時不能漏振，盡可能采用兩次振搗工藝， 以提高混凝土的密實度。

2.3 加強后期養護

養護是一項十分關鍵的工作，養護主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土內表溫差，促進混凝土強度的正常發展及防止混凝土裂縫的產生和發展。根據工程的具體情況，應盡可能多養護一段時間，拆模后立即回土或覆蓋保護，同時預防近期驟冷氣候影響，以控制內表溫差，防止混凝土早期和中期裂縫。養護用水的溫度應與現場測得的混凝土表面溫度接近，以免人為造成混凝土表面產生溫度梯度，進而出現裂縫。大體積混凝土的養護，不僅要滿足強度增長的需要，還應通過溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂。溫度控制就是對混凝土的澆筑溫度和混凝土內部的最高溫度進行控制。在混凝土養護階段的溫度控制應遵循以下幾點：①混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應小于20℃；當結構混凝土具有足夠的抗裂能力時，不大于25℃-30℃。②混凝土拆模時，混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫。③采用內部降溫法來降低混凝土內外溫差。④保溫法是在結構外露的混凝土表面以及模板外側覆蓋保溫材料(如草袋、鋸木、濕砂等)，在緩慢的散熱過程中，使混凝土獲得必要的強度，以控制混凝土的內外溫差小于20℃。⑤混凝土表層布設抗裂鋼筋網片，增強混凝土的抗裂性，防止混凝土收縮時產生干裂。

結語

雖然學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統一，同時在實踐中的應用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現問題后多分析、多總結，結合多種預防處理措施，同時應做好充分的施工準備、加強現場協調與組織管理，混凝土的裂縫是完全可以避免的。

參考文獻

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