大體積混凝土裂縫成因及防控措施

張德恒，劉琳 （泰山職業技術學院，山東 泰安 271000）

0 引 述

隨著建筑技術的不斷進步和提高，大體積混凝土越來越多的應用在現代建筑中，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。大體積混凝土具有形體復雜、配筋較密、施工技術和施工組織復雜、水化熱作用影響大的特點，在施工和使用過程中易產生裂縫，嚴重的會影響建筑物的結構安全和正常使用。對大體積混凝土裂縫的成因和防控措施進行研究探索，已經成為設計施工中的一項重要課題。

1 大體積混凝土裂縫的成因

1.1 溫度應力引起的裂縫

水泥在水化過程中要產生大量的熱量，每立方米混凝土能產生17500kJ～27500kJ的熱量，且大部分在混凝土澆筑后的7d內釋放。由于大體積混凝土體積大，大量的水化熱聚集在結構內部不易散發，使混凝土內部的溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成了較大的內外溫差。較大的溫差造成混凝土內部和外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土內部產生溫度應力和溫度變形。溫差越大，溫度應力也越大，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便開始產生溫度裂縫。這是大體積混凝土易產生裂縫的主要原因。

另外，施工期間外界氣溫的變化對大體積混凝土的裂縫形成也有較大影響。外界溫度下降，尤其是驟降，會大大增加外層混凝土與混凝土內部的溫度梯度，產生溫差應力，造成大體積混凝土出現裂縫。因此控制混凝土表面溫度與外界氣溫溫差，也是防止裂縫的重要一環。

1.2 收縮變形引起的裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過程中會導致其體積的收縮，對于大體積混凝土，這種收縮更加明顯。當混凝土收縮產生的應力超過混凝土的極限抗拉強度時，就會在混凝土中產生收縮裂縫。常見的收縮裂縫有自身收縮裂縫、塑性收縮裂縫、干燥收縮裂縫。

自身收縮是混凝土收縮的主要來源，它是因為水泥水化消耗水分造成凝膠孔的液面下降形成彎月面，產生所謂的自干燥作用，導致混凝土體的相對濕度降低及體積減小而最終自身收縮，從而產生收縮裂縫。水灰比對混凝土自身收縮影響比較大，另外，自身收縮主要發生在混凝土拌合后的初期。

塑性收縮也是混凝土收縮的一個主要來源，在水泥活性大、混凝土溫度較高或水灰比較低的情況下，混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發的水分不能及時得到補充，這時混凝土尚處在塑性狀態，稍微受到一點拉力，混凝土表面就會出現部分不規則的裂縫。所以混凝土澆筑后要及時進行覆蓋養護。

1.3 沉降引起的裂縫

建筑物基礎、地基承載力不足產生的沉降變形或所受的荷載差別過大，建筑物剛度差別懸殊，在結構內產生拉應力而導致結構開裂，稱為沉降裂縫。另外，模板剛度不足、模板支撐間距過大，或支撐底部松動等也會導致混凝土產生沉降裂縫。

1.4 安定性裂縫

安定性裂縫表現為龜裂，主要是因水泥安定性不合格引起的。

2 大體積混凝土裂縫的防控

大體積混凝土的裂縫破壞結構的整體性，降低建筑物的耐久性和防水性，甚至影響結構安全，危害嚴重，必須加以控制。

2.1 設計控制措施

①在大體積混凝土結構設計中，采用平衡配筋方式，對于總拉應力大、結構薄弱、剛度變化大等部位要適當增加配筋率，以增大抗拉強度。

②在大體積混凝土結構設計中，盡可能的使大體積混凝土內部鋼筋布置均勻，避免由于出現約束不同，導致混凝土開裂；要盡可能使結構體型均衡，以防止剛度差異造成應力集中現象發生。

③提高鋼筋和混凝土之間的粘結強度，在大體積混凝土中宜選用螺紋鋼筋而不是光圓鋼筋，以增大粘結作用；宜用較細直徑鋼筋而不宜用較粗直徑鋼筋以增大粘結面積。

2.2 原材料的選用

2.2.1 水泥的選用

大體積混凝土裂縫產生的主要原因是水泥水化過程中釋放了大量的水化熱。因此，在大體積混凝土工程中，盡量選用低水化熱或中水化熱的水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥等。同時，盡量降低混凝土中水泥用量，減少水化熱產生的熱量，以降低混凝土的溫升。

2.2.2 骨料的選用

粗骨料的級配應盡量選用連續級配，且在保證混凝土可泵性的前提下，應選用大粒徑的骨料，以降低混凝土的溫度；細骨料選用細度模數在2.6～2.9之間的中、粗砂，能有效減少混凝土的水泥用量與用水量，降低混凝土的溫升；同時，嚴格控制砂、石子的含泥量（石子在1%以內，砂在4%以內）。

2.2.3 摻加粉煤灰

粉煤灰的水化熱遠小于水泥，在大體積混凝土中摻加粉煤灰，可以減少水泥用量，改善混凝土的和易性，有效降低水化熱。粉煤灰的產量一般為10%，也可通過試驗確定。

2.2.4 外加劑的選用

選用緩凝減水劑，可以抑制水泥水化作用，降低水化溫升，外加劑的緩凝作用可以使水泥水化放熱速率減慢，有利于熱量消散和混凝土溫升的降低，利于防裂。

2.3 施工控制措施

2.3.1 進行溫度控制

控制混凝土的入模溫度，最高澆筑溫度應控制在35℃以內?？刹捎媒禍胤ń档突炷恋臐仓囟?，主要做法是骨料拌合前用冷水沖洗，混凝土拌合用水采用冷水。再就是在混凝土內部預埋水管，利用冷卻水管里流動的冷卻水帶走大體積混凝土內部積聚的水泥水化熱，進而控制結構物內部的溫度。在混凝土澆筑結束之后，為使大體積混凝土的內外溫差降低，可采用混凝土表面的保溫方法，在表面覆蓋土工布、麻袋等。

做好溫度量測和溫度監測，隨時控制混凝土內的溫度變化情況。混凝土中心溫度與混凝土表面溫度之間的差值，以及混凝土表面溫度與環境最低溫度之間的差值，均應小于25℃。根據溫差值及時調整保溫和養護措施，使混凝土溫度梯度和溫度不至過大，以有效控制有害裂縫的出現。

2.3.2 采用合適的混凝土澆筑方法

采用分層法澆筑混凝土，分層的目的是加快水泥水化熱的散發，減少溫度應力。分層的方法主要有全面分層法、斜面分層法和分段分層法三種。全面分層法適用于結構平面尺寸不大的工程，斜面分層法適用于結構長度大于厚度3倍的工程，分段分層法適用于厚度較小而面積或長度較大的工程。分層厚度一般為0.6m～1.0m，分塊尺寸最大為30m左右。在混凝土澆筑過程中要控制好振搗時間、移動距離、插入深度，嚴防露振及過振，確保振搗密實。

2.3.3 做好混凝土養護

在混凝土澆筑結束后，應做好表面長時間的保溫保濕養護，延緩表面降溫速度，充分發揮混凝土的“應力松弛效應”，以減低溫度應力。夏季應經常灑水養護，以保持混凝土表面濕潤為原則，模板上也應經常灑水。冬季應采取保溫覆蓋措施，以免發生急劇的溫度梯度。

3 結 語

雖然大體積混凝土產生裂縫的原因很多，但通過采取設計控制措施，合理選用原材料和外加劑，在施工中控制好混凝土溫度，采用切實可行的混凝土澆筑方法，做好養護工作，就一定可以使裂縫得到有效的預防和控制。

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[2]董懷恩.試論大體積混凝土裂縫成因與預防[J].科技信息，2010(13).

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