大體積混凝土裂縫成因和預防控制

韋建用

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摘要：裂縫是大體積混凝土容易出現的一個質量問題，影響結構安全和正常使用，本文著重分析了裂縫產生的原因，并主要從施工角度，提出了控制裂縫的幾項預防措施。

關鍵詞：大體積混凝土；裂縫分析；預防措施

現代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩、大型樁基承臺等。它主要的特點就是體積大，一般實體內部最小尺寸大于或等于1m。它的表面系數比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內部溫升比較快。混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度裂縫，影響結構安全和正常使用。

1、大體積混凝土裂縫危害和成因分析

大體積混凝土內出現的裂縫按深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面，可能破壞結構的整體性和穩定性，其危害性是較為嚴重的；而深層裂縫部分地切斷了結構斷面，也有一定危害性；表面裂縫一般危害性較小。

但出現裂縫并不是絕對地影響結構安全，它都有一個最大允許值。處于室內正常環境的一般構件最大裂縫寬度≤0.3mm；處于露天或室內高濕度環境的構件最大裂縫寬度≤0.2mm。對于地下或半地下結構，混凝土的裂縫主要影響其防水性能。一般當裂縫寬度在0.1～0.2mm時，雖然早期有輕微滲水，但經過一段時間后，裂縫可以自愈。如超過0.2～0.3mm，則滲漏水量將隨著裂縫寬度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中應盡量避免超過0.3mm貫穿全斷面的裂縫。如出現這種裂縫，將大大影響結構的使用，必須進行化學灌漿加固處理。

大體積混凝土施工階段所產生的溫度裂縫，一方面是混凝土內部因素：由于內外溫差而產生的；另一方面是混凝土的外部因素：結構的外部約束和混凝土各質點間的約束，阻止混凝土收縮變形，混凝土抗壓強度較大，但受拉力卻很小，所以溫度應力一旦超過混凝土能承受的抗拉強度時，即會出現裂縫。這種裂縫的寬度在允許限值內，一般不會影響結構的強度，但卻對結構的耐久性有所影響，因此必須予以重視和加以控制。

產生裂縫的主要原因有以下幾方面：

①設計原因：設計結構中斷面突變，導致應力集中所產生的構件裂縫。設計中對構件施加預應力不當，造成構件的裂縫（偏心、應力過大等）。設計中構造鋼筋配置過少或過粗等引起構件裂縫（如墻板、樓板）。設計中未充分考慮混凝土構件的收縮變形。

②材料原因：粗細集料含泥量過大，造成混凝土收縮增大。集料顆粒級配不良或采取不恰當的間斷級配，容易造成混凝土收縮的增大，誘導裂縫的產生。混凝土外加劑、摻和料選擇不當、或摻量不當，嚴重增加混凝土收縮。水泥品種原因，礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大，粉煤灰及礬土水泥收縮值較小，快硬水泥收縮大。水泥等級及混凝土強度等級原因：水泥等級越高、細度越細、早強越高對混凝土開裂影響很大。混凝土設計強度等級越高，混凝土脆性越大，越易開裂。

③水泥水化熱原因：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而不易散失。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。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。

④混凝土配合比原因：設計中水泥等級或品種選用不當，配合比中水灰比（水膠比）過大，單方水泥用量越大、用水量越高，表現為水泥漿體積越大、坍落度越大，收縮越大。配合比設計中砂率、水灰比選擇不當造成混凝土和易性偏差，導致混凝土離淅、泌水、保水性不良，增加收縮值，配合比設計中混凝土膨脹劑摻量選擇不當。

⑤外界氣溫變化原因：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。

⑥混凝土的收縮原因：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，這對混凝土是很不利的。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（特別是養護條件）等。

⑦施工及現場養護原因：現場澆搗混凝土時，振搗或插入不當，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會影響混凝土的密實性和均勻性，誘導裂縫的產生。對大體積混凝土工程，缺少兩次抹面，易產生表面收縮裂縫。大體積混凝土澆注，對水化計算不準、現場混凝土降溫及保溫工作不到位，引起混凝土內部溫度過高或內外溫差過大，混凝土產生溫度裂縫，現場養護措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。

⑧其他因素的影響

建筑物基礎的不均勻沉降也會產生裂縫，這種裂縫會隨著基礎的沉降而不斷的增大，待地基下沉穩定后，將不會變化。混凝土配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫。一般是在混凝土配合比中，粗骨料級配不連續、數量不夠，砂率及水灰比不當所造成的裂縫。水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學反應也會產生裂縫。

2、防止大體積混凝土裂縫出現的預防措施

2.1大體積混凝土的配制

大體積混凝土所選用的原材料應注意以下幾點：

①粗骨料宜采用連續級配，細骨料宜采用中砂。

②外加劑宜采用緩凝劑、減水劑；摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等。

③大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，應提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。

④水泥應盡量選用水化熱低、凝結時間長的水泥，優先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等。

但是，水化熱低的礦渣水泥的析水性比其它水泥大，在澆筑層表面有大量水析出。這種泌水現象，不僅影響施工速度，同時影響施工質量。因析出的水聚集在上、下兩澆筑層表面間，使混凝土水灰比改變，而在掏水時又帶走了一些砂漿，這樣便形成了一層含水量多的夾層，破壞了混凝土的粘結力和整體性。混凝土泌水性的大小與用水量有關，用水量多，泌水性大；且與溫度高低有關，水完全析出的時間隨溫度的提高而縮短；此外，還與水泥的成分和細度有關。所以，在選用礦渣水泥時應盡量選擇泌水性的品種，并應在混凝土中摻入減水劑，以降低用水量。在施工中，應及時排出析水或拌制一些干硬性混凝土均勻澆筑在析水處，用振搗器振實后，再繼續澆筑上一層混凝土。

2.2大體積混凝土的澆筑

澆筑方案，除應滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外，還應考慮結構大小、鋼筋疏密、預埋管道和地腳螺栓的留設、混凝土供應情況以及水化熱等因素的影響，常采用的方法有以下幾種：

2.2.1全面分層

即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時應使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續澆筑，直至完工為止。采用這種方案，適用于結構的平面尺寸一般不宜太大，施工時從短邊開始，沿長邊推進比較合適。必要時可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時進行澆筑。

2.2.2分段分層：

混凝土澆筑時，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單