淺析大體積混凝土裂縫產生的類型和原因

王鐵榮

赤峰市平莊建筑工程有限公司 內蒙古 赤峰 024000

近幾年來，全國各地工程規模日趨擴大，結構形式日益復雜，工業與民用建筑中的大體積混凝土越來越多。由于其體積大，表面積小，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，就會使混凝土產生溫度裂縫和收縮變形裂縫，影響結構安全和正常使用，所以必須從根本上分析它、解決它，從而來保證工程的施工質量。

1 大體積混凝土結構的定義和特點

1.1 大體積混凝土定義

大體積混凝土含義一般是指其體積大到必須采取措施處理水化熱產生的溫差，合理解決溫差變形引起的應力，并控制裂縫的產生或限制裂縫擴展的現澆混凝土。

1.2 大體積混凝土的特點

由于高層基礎多是混凝土體積較大的箱型、筏板和樁承臺較大的基礎，這種結構有結構厚、體積大、鋼筋密、混凝土數量多、工程條件復雜和施工技術要求高等特點。外荷載引起裂縫的可能性很小。但水泥的水化反應中釋放的水化熱所產生的溫度變化與混凝土收縮的共同作用，會產生較大溫度應力和收縮應力，是大體積混凝土結構出現裂縫的主要因素。這些裂縫往往給工程帶來不同程度的危害，所以必須控制溫度應力和溫度變化裂縫的開展。

2 混凝土裂縫產生的類型和原因

2.1 混凝土裂縫產生的類型

按裂縫的寬度的不同，混凝土裂縫可分為 “微觀裂縫”和 “宏觀裂縫”兩種。

（1）微觀裂縫是指，在尚未承受荷載的混凝土結構中存在著肉眼看不見的微觀裂縫，其寬度為0.05mm以下。又可分為粘著裂縫：骨料與水泥石粘面上的。水泥石裂縫：骨料間水泥漿中的裂縫。骨料裂縫：存在于骨料間的裂縫。前兩種的裂縫較多，且這些裂縫分布不規則、不貫穿，混凝土扔可承受拉力。

（2）宏觀裂縫是指裂縫寬度在0.05mm以上，肉眼可見的裂縫。其又可分為，表面裂縫、貫穿裂縫和深層裂縫三種。

1）表面裂縫：表面拉應力大于混凝土極限抗拉強度時出現的裂縫。

大體積混凝土澆筑初期，水泥水化熱大量產生，使混凝土的溫度迅速上升。由于混凝土表面散熱條件比較好，其熱量可以向大氣中散發，其溫度上升較少；而混凝土內部由于散熱條件較差，熱量不易散發，其溫度上升較多，混凝土內部溫度高、表面溫度低，則形成溫度拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就產生了裂縫。

表面裂縫雖不屬于結構性裂縫，但在混凝土收縮時，由于表面裂縫處的斷面已削弱，易產生應力集中的現象，能促使裂縫進一步擴展，對混凝土產生危害。

國內外對裂縫寬度都有相應的規定，如我國的混凝土結構設計規范，對鋼筋混凝土結構的最大允許裂縫寬度就有明確的規定：室內正常環境下的一般構件為0.3mm；露天或室內高溫環境下為0.2mm。

2）貫穿裂縫：混凝土從高溫降溫引起混凝土收縮產生拉應力，當大于混凝土的極限抗拉強度時，混凝土整個截面出現貫穿裂縫。

大體積混凝土澆筑初期，混凝土處于升溫階段及塑性狀態，彈性模量較小，變形變化所引起的應力很小，溫度應力可忽略不計。混凝土澆筑一定時間后，水泥水化熱基本已經釋放，混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結果引起混凝土收縮，再加上混凝土多余水分蒸發引起的體積收縮變化，受到地基和結構邊界條件的約束，不能自由變形，導致產生拉應力，當該拉應力超過混凝土極限抗拉強度時，混凝土整個截面就會產生貫穿裂縫。

貫穿裂縫切斷了混凝土結構斷面，破壞了結構整體性、穩定性、耐久性、防水性，影響了混凝土的正常使用。應當采取一切措施控制貫穿裂縫的產生和發展。

3）深度裂縫：表面裂縫發展而成深度裂縫。基礎約束范圍內的混凝土，處于大面積拉應力狀態，在這種區域若產生了表面裂縫，則極有可能發展成深度裂縫，甚至發展成貫穿裂縫。深度裂縫部分貫穿了結構斷面，具有很大的危害性，施工中是不允許出現的。如果設法避免基礎約束區的表面裂縫，且混凝土內外溫差控制適當，基本上可以避免出現深度裂縫和貫穿裂縫。

2.2 混凝土裂縫產生的原因

大體積混凝土產生裂縫的原因主要有以下兩個方面：

（1）設計方面。大體積混凝土采用的強度等級日益增高，出現C40-C55甚至更高強度等級的高強混凝土，設計強度過高，水泥用量過大，必然造成混凝土水化熱過高，混凝土塊體內外溫差過大，溫度應力極容易超過混凝土的抗拉強度，從而產生裂縫。

對于大體積混凝土，設計人員往往只重視滿足強度和抗沖切要求的結構配筋和構造配筋，而忽視配置控制溫度和收縮的構造配筋，混凝土產生的溫度應力和收縮應力變形不能受到有效的約束，從而產生裂縫現象。

（2）施工方面。大體積混凝土裂縫主要產生在兩個階段：一是混凝土澆筑后的溫升階段，因混凝土內部與表面溫差過大，致使表面產生較大拉應力，使混凝土表面開裂。二是在混凝土降溫階段，因混凝土內部降溫過快，使混凝土內部產生較大拉應力，從而在混凝土內部產生貫穿裂縫。

施工段的劃分及澆筑順序不合理，組織安排不周密，模板使用不當，鋼筋銹蝕嚴重或運輸過程中嚴重變形，以及混凝土澆筑過程中配合比不準確、水灰比過大、養護不當等等，都可能引起大體積混凝土結構的變形裂縫。

雖然大體積混凝土的產生裂縫的原因很多且很復雜，但只要嚴格按規范施工。制定相應的安全技術措施，認真積極的探索大體積混凝土裂縫產生的原因，盡早采取相應的預防措施，就能有效地控制大體積混凝土裂縫的產生。