大體積混凝土裂縫產生原因分析

王健

黃岡職業技術學院建筑學院（438002）

大體積混凝土裂縫產生原因分析

王健

黃岡職業技術學院建筑學院（438002）

通過對大體積混凝土的構造特點、材料特性及施工工藝的研究和分析，研究裂縫產生原因，對于預防混凝土裂縫的產生有一定的意義。

大體積混凝土；裂縫；原因

1 大體積混凝土施工裂縫的常見位置

大體積混凝土結構裂縫的發生是由多種因素引起的。

1.1 地下室底板裂縫

高層建筑地下室的底板一般較厚，有的厚2～3m，屬大體積混凝土施工。發生裂縫的主要原因是水化熱高、與環境氣溫溫差大、或養護不當。裂縫嚴重的可導致底板滲漏。若混凝土溫度較高時突然澆冷水養護，也會產生無規則的多條微裂縫。

1.2 地下室外擋土墻裂縫

墻體混凝土強度等級普遍較高，多采用C40、C45、C50、C60水泥。如果這樣水泥用量為500～550 kg/m3，勢必造成混凝土收縮量大，不易養護。地下室外擋土墻很長，因此往往形成多條較有規律的豎向裂縫。這些豎向裂縫15～25m一條，上不到頂，下不到底，肉眼可明顯地看到收縮裂縫形狀。

1.3 地下室陰角裂縫

在地下室施工完后，通常會發現在外墻截面剛度變化處、平面形狀轉折處的陰角存在結構豎向裂縫。豎向裂縫由頂部向下開裂，上寬下窄。這是由于收縮應力和沉降、溫度應力等共同作用，在角部形成集中應力超過混凝土抗拉強度所造成的。為了防止陰角部位混凝土產生裂縫，除從設計方面盡量少用凹凸的平面形式，在陰角處采用附加鋼筋等構造措施外,還必須保證陰角部位的混凝土施工質量,及時覆蓋、淋水，或噴灑養護劑進行養護，拆模時間不宜過早。

1.4 混凝土外表面裂縫

大體積混凝土結構的截面尺寸較大,一般較厚,有的厚為2～3m。混凝土一般在短期內澆筑完成，由于水泥的水化作用是放熱反應，水化熱與環境氣溫溫差過大，混泥土燒灼、膨脹，造成混凝土外表面產生裂縫[1]。

2 大體積混凝土裂縫的主要種類

2.1 塑性收縮裂縫

混凝土塑性收縮裂縫在新澆結構、構件表面出現，形狀不規則，類似干燥的泥漿面，主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量引起的。用水量和水泥用量越大，混凝土的收縮就越大。選用水泥的品種不同，收縮量也不同。此外，混凝土配合比、外加劑和摻合料品種以及施工工藝等,都會產生收縮裂縫。收縮裂縫大多在混凝土初凝后，當外界風速大、氣溫高、空氣濕度很低的情況下出現[2]。

2.2 沉降收縮裂縫

沉降收縮裂縫多沿結構上表面鋼筋通長方向或箍筋上斷續出現,或在埋設件的附近周圍出現，裂縫成棱形，寬度不等，深度不一，一般到鋼筋上表面為止。這種裂縫多在混凝土澆筑后發生，混凝土結硬后即停止。

2.3 溫差裂縫

混凝土內外部溫差過大會產生裂縫，縫寬受溫度變化影響較明顯，冬季較寬，夏季較細。溫差裂縫主要影響因素是水泥水化熱引起的混凝土內部和混凝土表面的溫差過大，大體積混凝土更易發生此類裂縫。

2.4 碳化收縮裂縫

混凝土水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳作用，生成碳酸鈣，引起表面體積收縮，從而導致表面發生龜裂。

2.5 化學反應裂縫

混凝土內摻有氯化物外加劑,或以海砂作集料，或用海水拌制混凝土,使鋼筋產生電化學腐蝕，鐵銹膨脹而把混凝土脹裂，即通常所謂“鋼筋銹蝕膨脹裂縫”。混凝土中鋁酸三鈣受硫酸鹽或鎂鹽的侵蝕，產生難溶而又體積增大的反應物，使混凝土體積膨脹而出現裂縫，即通常所謂“水泥桿菌腐蝕裂縫”。混凝土集料中含有蛋白石、硅質巖或鎂質巖等活性氧化硅與高堿水泥中的堿反應生成堿硅酸凝膠，吸水后體積膨脹，而出現裂縫，即通常所謂“堿骨料反應裂縫。水泥含游離氧化鈣過多呈小顆粒，混凝土硬化后，水泥繼續水化，發生固相體積增大，從而使混凝土出現“小豆子”似的崩裂。這種裂縫多發生在土法生產水泥配制的混凝土工程上。

2.6 安定性裂縫

表現為龜裂,主要因水泥安定性不合格而引起。

2.7 沉陷裂縫

結構、構件下面地基軟硬不均，地基局部不均勻沉降而引起裂縫。

3 裂縫產生的影響因素

大體積混凝土結構裂縫的發生是由多種因素引起的。

3.1 水泥水化熱的影響

水泥水化過程中放出大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7d左右。一般每克水泥可以放出500 J左右的熱量，如果以水泥用量350～550 kg/m3來計算，每m3混凝土將放出17 500～27 500 kJ的熱量，從而使混凝土內部溫度升高[3]。對于大體積混凝土來講，這種現象更加嚴重。因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高,這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就會產生裂縫。

3.2 混凝土收縮的影響

混凝土在空氣中硬結時體積減小的現象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發變形，受到外部約束時，如支承條件、鋼筋等，將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要由塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種混凝土收縮引起的。混凝土硬化初期，裂縫主要是由于水泥在水化凝固結硬過程中產生的體積變化引起的。混凝土硬化后期裂縫主要是混凝土內部自由水分蒸發而引起的。

3.3 外界氣溫濕度變化的影響

大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產生起著很大的影響。混凝土內部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結構的散熱溫度等疊加之后組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系,外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低,則會增加大體積混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會造成很大的溫度應力，容易引發混凝土的開裂。外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響,外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產生[4]。

3.4 化學反應影響

氯化物外加劑可使鋼筋發生電化學腐蝕產生鐵銹，鐵銹膨脹把混凝土脹裂。混凝土集料中含有蛋白石、硅質巖、鎂質巖等與高堿水泥中的堿反應生成堿硅酸凝膠。堿硅酸凝膠吸水后體積膨脹，使混凝土崩裂。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。

3.5 不均勻沉降的影響

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沉降而不斷增大，待地基下沉穩定后，將不會變化。

3.6 配合比不當的影響

混凝土配合比不當會造成混凝土塑性沉降裂縫。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，都會造成裂縫。

4 結語

隨著建筑行業的快速發展,高層建筑工程、地下建筑工程呈現項目多、規模大的特點，大體積混凝土在工程建設中大量地被采用。大體積混凝土結構的施工技術和施工組織都較復雜,施工時應十分慎重，否則易出現質量事故，造成不必要的損失。特別是大體積混凝土裂縫導致的質量問題，造成的損失更大。

預防和控制大體積混凝土裂縫的產生，減小混凝土裂縫對建筑物的不利影響，確保大體積混凝土施工質量,大體積混凝土裂縫產生原因及防控，已成為當前工程項目管理過程中的一個重要課題。減少混凝土裂縫應以預防為主,針對混凝土構造特點、材料特性、施工工藝，采取有較措施，精心組織、合理安排、科學施工，使施工質量得到保證。

[1]郭德.鋼筋混凝土結構[M].湖北工業出版社,2008,9.

[2]張威.建筑施工手冊[M].中國建筑工業出版社,2009,4.

[3]王朝彬,東方.建筑工程常見病多發病防治[M].武漢工業大學,2009,5.

[4]王夢.建筑物的裂縫控制.湖北長安建筑股份有限公司內刊,2009,6.