大體積混凝土結構裂縫的產生及防治

王小麗

（西山煤電白家莊礦業公司職教中心，山西 太原 030022）

1 大體積混凝土產生裂縫的主要原因

1.1 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，所以水泥發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，導致越積越高，使內外溫差增大。單位時間混凝土釋放的水泥水化熱與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期而增長。由于混凝土結構表面可以自然散熱，實際上內部的最高溫度多數發生在澆筑后的最初3～5天。

1.2 外界氣溫變化

大體積混凝土在施工階段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。

1.3 混凝土的收縮

混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必須的，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分蒸發。如果混凝土收縮后再處于飽和狀態，還可以恢復膨脹并幾乎能達到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化，這對混凝土是很不利的。

影響混凝土收縮的主要因素有水泥品種、混凝土配合比、外加劑、摻和料的品種以及施工工藝（特別是養護條件）等。

2 裂縫的分類及危害

按照溫度應力，裂縫大致可分為兩類：一類為表面裂縫，其發生在早期。由于水化熱使混凝土內部溫度不斷升高，形成溫度梯度，表面為拉應力，內部為壓應力。當表面拉應力超過混凝土的抗拉強度時，則表面產生裂縫。另一類為貫穿裂縫，其發生在澆筑后期。由于混凝土內部降溫引起混凝土收縮，以及混凝土內部產生拉應力，當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土沿截面產生裂縫。

裂縫的危害表現在：①破壞結構的整體性；②破壞結構的抗滲性及耐久性；③破壞結構的外觀。

3 防止大體積混凝土裂縫出現的措施

3.1 設計措施

所謂設計措施指對大體積混凝土各種原材料的選擇，配合比的制定和設計。為了盡可能避免裂縫，首先，原材料中宜先用水化熱低的水泥降低水泥用量，合理選用骨料摻和料及外加劑；其次，應確定合理的配合比。同時還應選擇測控混凝土內部及表面溫度的方法，以監控混凝土內部與表面的溫差情況，從而防止裂縫的產生。

3.2 結構措施

3.2.1 合理的結構形式

由于溫度應力產生的裂縫大多為結構裂縫，因此若能掌握溫度應力的分布及變化規律，合理選用結構形式，則能避免很多裂縫的產生。

3.2.2 合理分縫分塊

國內外經驗表明，澆筑塊越長，溫度應力越大。而合理分縫分塊可以減少溫度應力，避免更多裂縫的產生，同時還為施工帶來方便。

3.2.3 合理的澆筑層厚度

厚層澆筑由于水化熱大，溫度應力也大，易產生開裂，但其水平施工縫則較小，對強度、抗滲都較為有利。薄層澆筑水化熱小，不易開裂，但水平施工縫較多，對強度、抗滲性不利。因此，應選擇合理的澆筑厚度以控制溫度應力，避免更多的裂縫。

3.2.4 配筋的選擇

裂縫的產生是一個綜合因素，但其主要是因為干縮應力和溫度應力引起的。鋼筋若沒有干縮會妨礙混凝土的干縮，引起干縮應力增加，顯然鋼筋不能防止干縮裂縫。雖然混凝土失去極限承載力后，所有應力均可轉移到抗拉能力極好的鋼筋上，但這需要足夠數量的配筋才能保證盡可能少地出現裂縫，顯然這種做法不經濟。因此，用配筋的方法并不能防止大體積混凝土裂縫的出現，但由于鋼筋自身的特性，卻能限制裂縫的發展，通常在工程實踐中常用配筋。

3.3 施工措施

3.3.1 降低澆筑溫度

目前，施工中常采用預先冷卻骨料及加冰的方法來降低澆筑溫度，從而減少溫度應力及內外混凝土溫度以防止貫穿及表面裂縫出現。

3.3.2 降低水化熱溫升

為了降低水化熱溫升，宜先用合理的澆筑層厚度，同時控制澆筑間歇時間。資料表明，大體積混凝土表面早期為拉應力，以后逐漸轉變為壓應力，尤其在冬季，天氣寒冷使本身處于拉應力的表面再疊加一個拉應力，很容易開裂。若澆筑間歇時間長，便增大了此拉應力而引起開裂，所以要控制澆筑間歇時間。

3.3.3 混凝土表面養護措施

混凝土表面養護措施可以防止混凝土因超冷而產生的貫穿裂縫，同時還可以保持混凝土內部最高溫度與表面溫度之差，使其控制在規范允許值范圍內，從而避免表面產生裂縫。

大體積砼養護主要是保持適宜的溫度和濕度條件。保溫養護包括：減少砼表面的熱擴散，減小砼表面的溫度梯度，防止產生表面裂縫；延長散熱時間，充分發揮砼的潛力和材料的松弛特性，使砼的平均總溫差所產生的拉應力小于砼的抗拉強度，防止產生貫穿裂縫。保濕養護包括：剛澆筑不久的砼尚處于凝固硬化階段，水化的速度較快，適宜的潮濕條件可防止砼表面因脫水而產生干縮裂縫；砼在潮濕條件下可使水泥的水化作用順利進行，可以提高砼的極限拉伸強度。

防水混凝土的養護是至關重要的。在澆灌后，如果混凝土養護不及時，混凝土內水分將迅速蒸發，使水泥水化不完全。而水分蒸發造成毛細管網彼此連通，形成滲水通道，同時混凝土收縮增大，出現龜裂，使混凝土抗滲性急劇下降，甚至完全喪失抗滲能力。如果混凝土養護及時，防水混凝土在潮濕的環境中或水中硬化，能使混凝土內的游離水分蒸發緩慢，水泥水化充分，水泥水化生成物堵塞毛細孔隙，因而形成不連通的毛細孔，提高了混凝土的抗滲性。

4 結束語

大體積混凝土的裂縫是由于多種因素所致，因此，裂縫應從設計、結構、施工等方面來采取綜合措施進行防治。

大體積混凝土一旦出現裂縫，雖然可以用水泥灌漿、化學灌漿等方法加固修補，但費工、費時、費錢，且很難恢復到原狀。因此，大體積混凝土應以防止出現裂縫為根本措施，萬不得已才對裂縫進行修補。

冬季施工的大體積混凝土，只有在綜合防治的各環節下工夫，認真加強養護，才能有效避免出現危害較大的裂縫。