大體積混凝土裂縫產生的原因分析和預防措施

董獻國　胡曉曼

摘 要：混凝土，是建筑施工過程中不可缺少的原材料之一，其能夠直接影響到建筑施工最終的使用質量和使用價值。但是近年來，出現的混凝土裂縫問題越發明顯，直接影響到建筑工程的使用質量和壽命，乃至于整個建筑行業的健康有序發展情況。所以，急需解決此類問題。為了有效的控制此類問題的發生，文章就混凝土結構現場施工管理進行分析，并結合相關工作經驗，總結產生大體積混凝土裂縫的原因，提出正確的解決和預防措施，具體的研究內容均報道如下。

關鍵詞：大體積混凝土；裂縫問題；預防策略；技術分析

近年來，國家增加了對于相關基礎設施建設的投資力度，如高速公路、高速鐵路、民航機場、大型水利工程等，大體積混凝土的設計和施工，在多個建筑領域越來越多的被應用，而且主要應用于主受力部分，即主要結構部分。隨著大體積混凝土的廣泛應用，暴露出來的變得更為多樣化、復雜化，而表現最為明顯的莫過于混凝土裂縫問題。一般理解為混凝土設計斷面較大或者是混凝土的設計體積較大的，我們均作為大體積混凝土。

目前，我國對大體積混凝土施工裂縫產生的原因，在由于機械荷載引起的開裂問題研究得較為透徹，已經基本趨于成熟。而對于由混凝土澆筑過程中，水泥水化熱產生的溫度應力引起的裂縫研究尚不充分。我們應對此加以重視，防止裂縫問題的產生。裂縫控制，集中于大型水利工程、港口與碼頭工程、市政工程、高層建筑的深基礎底板等多個建筑領域。本文將結合大體積混凝土工程的設計和施工階段的具體特性，現實中遇到的問題，在施工過程中應該采取的具體措施。

1 大體積混凝土裂縫原因

大體積混凝土，其在結構上有自身的特點，即混凝土屬于脆性材料，主要力學性能表現出剛性，抗壓能力較強，抗拉能力較差，經過實際工程觀察和實驗室檢測，混凝土抗拉強度只有抗壓強度的1/10左右，在設計時我們主要利用混凝土的抗壓性能。大體積混凝土的斷面尺寸和實體體積較大，構件中使用水泥的用量也較大，由于水泥在硬化過程中，當水泥、水二者在一定情況下發生了反應之后，其就會出現水化熱現象，在這樣的情況下就會直接造成混凝土內部升溫的現象。在其后對混凝土進行降溫的時候，也會受到約束條件的影響，進而產生拉應力。由于在大體積混凝土結構中，我們僅僅在其表面位置配置鋼筋（很少的一部分），甚至還有一些我們根本不進行鋼筋的配置，所以混凝土需要對拉應力進行有效的承擔。

1.1 水泥水化熱

在混凝土發生硬化的時候，其會出現水泥、水之間的熱度情況，我們稱之為水化熱，該熱量主要在混凝土的硬化過程中，時間以7d最為常見，大約1g水泥其所能夠釋放的熱量在500焦耳浮動。所以，由此便可以說明，越大體積的混凝土，其熱量就會越大。混凝土內外部的溫度出現了梯度差，所以產生的壓力就更為明顯，一旦壓力超過所能夠承受的極限，就會出現多種類型的裂縫情況。

1.2 混凝土收縮

所謂混凝土干縮，實質上就是當其受到空氣影響從而出現凝固后，會出現體積異常減小的情況，就是干縮。由于自身在從澆注到終凝的過程中產生的變形，受到外部約束時，將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。

1.3 外界溫度環境變化

在進行大體積混凝土施工的過程中，外界的氣溫，在一定程度上會避免混凝土的裂縫情況。而內部溫度主要由幾部分構成：澆筑溫度、水泥水化溫度、散熱溫度等等。而其和外界溫度有著之間聯系的，主要是澆筑溫度。外界的氣溫與澆筑的溫度二者呈現正比例關系，即外界氣溫上升，澆筑溫度也會上升。反之，一旦外界溫度出現了下降的情況，那么混凝土的內外溫度梯度就會變得越發明顯。最終，在溫度應力的情況下，出現了混凝土裂縫問題。

2 大體積混凝土裂縫的預防控制策略

2.1 控制水泥品種、用量

在不斷的實踐過程中發現，之所以會出現混凝土裂縫情況，其很大一部分原因是水泥水化過程中釋放的熱量，熱量異常較大。因此，在大體積混凝土施工過程中，我們要合理的選擇水泥的品種，不同品種水泥的水化熱是不同的。水泥水化熱的大小、速度，均與其內礦物成分有著直接的聯系。具體分析水泥礦物中的相關成分，包括鋁酸三鈣（發熱速率以及量最大）、硅酸二、三、四鈣。水泥水化熱的大小與水泥顆粒的粗細程度有關，水泥越細發熱速率越快，水化熱對裂縫所能夠產生的影響也是越為明顯的。所以，進行施工的過程中，要以礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥為主。水泥品種是一個方面，同時我們要盡量的減少混凝土中水泥的實際用量，這樣能直接減少水化熱產生的熱量，但要在合理范圍內，避免由于水泥用量過低，造成構件的設計強度減小，造成結構安全隱患。

2.2 摻加摻合料和外加劑

眾所周知，我們平常使用的商品混凝土中，生產廠家會摻加一定的粉煤灰，粉煤灰的摻加會對混凝土質量進行改善。在混凝土中加入了一些粉煤灰后，能夠起到雙重的應用效果，即提高和易性、抗滲能力；增加其密實度。粉煤灰作混凝土的摻合料，能夠降低由于升溫所引起的水熱化反應，從而降低或者規避裂縫情況的發生。而且該方法經濟實惠，材料來源廣泛。除此之外，還可以通過選擇適當類型的外加劑來改善或者緩解混凝土水化熱引起的變形裂縫。通常會使用一定量的UFA膨脹劑，它可以等量替換水泥，但造價較高。該膨脹劑會使混凝土出現膨脹情況，而此現象不但能夠強化混凝土的密實度效果，還可以增加混凝土內部壓力。還有一種，就是減水緩凝劑，其能夠在科學配比后，降低混凝土坍落度問題，對于日后的施工也具有積極的影響，最終成功降低混凝土裂縫損失。

2.3 骨料的選擇與控制

如果施工部位或者構件允許，在骨料的選擇上應該選取顆粒比較大的碎石，碎石的強度要高，同時要合理搭配，使碎石骨料有科學合理的連續級配。使大體積混凝土達到較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少大體積混凝土凝結過程中的干縮變形，預防混凝土裂縫問題。

2.4 優化大體積混凝土設計

大體積混凝土一般用于建筑物或構筑物基礎等，其主要利用混凝土的抗壓性能，因此大體積混凝土不布置鋼筋或者布筋較少，是為了增強混凝土的抗拉性能，減少裂縫的出現。在裂縫易發生部位，如孔洞周圍以及轉角處布置一些鋼筋，讓鋼筋代替混凝土承擔拉應力，這樣會使工程成本稍微加大，但是這樣對工程的施工質量和構件的強度會有大大的提高，可以有效的控制裂縫的產生與發展。其次，結合大體積混凝土在整個工程的部位和起到的作用，在力學、結構安全能滿足使用要求的前提下，合理安排和布置變形縫，這樣可以非常有效的防止伸縮裂縫，減小大體積混凝土的個體體積，從總體上減小了個體的水泥水化熱的熱量。同時，減少混凝土保護層厚度等也可以在一定程度上減少裂縫的產生。

2.5 施工階段裂縫的預防和控制

混凝土施工包括混凝土的生產、運輸、澆筑、環境溫度、后期混凝土的養護方法和養護措施等，是保護大體積混凝土溫度裂縫的關鍵環節。夏季施工是在溫度較高的情況下進行施工，再加上水泥水化熱對混凝土的影響，使得溫度變形尤為突出，為了減少溫度對混凝土的影響，我們要盡量降低混凝土的澆筑溫度。采取的具體措施，在施工現場對砂、石原材料用篷布覆蓋，避免陽光照射使溫度過高，同時也可以去除表層材料，用下面溫度較低的材料。攪拌混凝土時盡量使用溫度較低的水，以上所提及到的相關措施，均可降低溫度變形問題。

在進行混凝土養護的過程中，混凝土表面應該覆蓋較厚的保溫保水的材料進行保溫，根據天氣情況和覆蓋材料的濕潤程度，及時灑水進行保濕養護，使外界高溫對混凝土的凝固過程盡量不產生過大的影響，避免表面裂縫、突發性降溫裂縫以及濕度裂縫等相關性的裂縫問題。

2.6 混凝土裂縫檢查與處理

想要成功的降低混凝土裂縫問題，必須從預防工作開始抓起，所以需要從最基礎的設計工作著手，然后對其施工進行合理的規劃。大到三峽工程大壩中，小到一般基礎都出現過裂縫。根據裂縫的深度和危害性，大體積混凝土的裂縫有很多種的形式，其中最常見的包含三種，即：表面裂縫；深層裂縫；貫穿裂縫。一些表面上出現的裂縫，其并不會對整體的結構以及使用性能造成嚴重的影響，所以針對此類裂縫無需進行相對特殊的處理。而對于嚴重影響到使用質量的裂縫問題，例如深層裂縫、貫穿裂縫，我們可以通過鑿除裂縫的方法來加以解決，其中使用的工具主要包括風鎬、風鉆等，對裂縫部位進行鑿除，并在鑿除完畢后再次進行混凝土澆筑處理。

3 結語

從上文來看，在實際施工的過程中大體積混凝土很容易產生裂縫，可是對其進行全過程管理能夠成功降低裂縫問題，我們可以從設計上開始著手，然后對工藝以及材料的選擇和維護上加以強化，降低可能影響裂縫的相關因素，保證工程的質量。

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