淺談大體積混凝土裂縫成因及控制技術

李星

摘 要 大體積混凝土被廣泛應用于建筑工程、水利工程等基礎設施建設中，而大體積混凝土的開裂問題是長期困擾工程界的難點之一，本文簡要介紹了大體積混凝土的裂縫成因及控制技術。

關鍵詞 大體積混凝土;裂縫成因;控制技術;預防措施

1相關概念

目前，大體積混凝土并沒有統一的定義。我國《大體積混凝土施工規范》GB50496-2009里規定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。

在討論混凝土結構裂縫之前，首先要明確“裂縫”的基本概念。裂縫通常是物體表面窄長形狀，可以用肉眼觀察到的間隙，這種間隙造成了材料的間斷和不連續。肉眼可見的“裂縫”的寬度一般都在0.05mm以上，可能引起觀感上的不安和疑慮。事實上，混凝土不同于鋼材、木材和其他建筑材料，它是多相體的非勻質材料，由于其組成成分多樣化，以及特殊的結構成型方式，決定了在混凝土中的裂縫是這種材料不可避免和與生俱來的現象。混凝土結構實際上是帶裂縫承載受力的，這是工程界的共識，想要完全避免裂縫幾乎是不可能的，但是裂縫的寬度應加以控制[1]。

2裂縫成因

混凝土裂縫成因復雜，主要機理為開裂驅動力大于混凝土抗拉強度，導致裂縫的產生。大體積混凝土產生裂縫的主要原因大概有以下四個方面：

（1）水泥水化熱。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，所以水泥產生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發出去，導致溫度不斷上升，使內外溫差持續增大，產生溫度應力和收縮應力。水化熱產生導致的混凝土內部最高溫度，多發生在澆筑后的最初3天至5天，以后逐漸降低。由于混凝土的導熱性能較差，澆筑初期混凝土的強度和彈性模量都很低，對水化熱引起的急劇溫升約束不大，相應的溫度應力也較小。隨著混凝土齡期的增加，彈性模量逐漸增大，對混凝土內部降溫收縮的約束也就越來越大，導致產生很大的拉應力。當混凝土的抗拉強度不足以抵抗拉應力時，便開始出現裂縫。

（2）混凝土的收縮變形。塑性收縮裂縫發生在混凝土硬化之前，混凝土仍處于塑性狀態。它的產生主要是上部混凝土的均勻沉降受到了限制，如遇有鋼筋或大的混凝土骨料，或者平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難時，就會形成不規則的深裂縫。這種裂縫通常是互相平行的，間距為0.2～1m左右，并且有相當的深度。

干燥收縮。混凝土中80%的水分要蒸發，約20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分幾乎不引起收縮，隨著混凝土的繼續干燥而使20%的吸附水逸出，就會出現干燥收縮。而表面干燥收縮快，中心干燥收縮慢。由于表面的干縮受到中心部位混凝土的約束，因而在表面產生拉應力而出現裂縫。

（3）外界氣溫變化。大體積混凝土在施工階段，常受外界氣溫變化的影響。一般而言，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也愈高。當氣溫下降，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土與混凝土內部的溫度梯度，因而會造成溫差和溫度應力，使大體積混凝土出現裂縫。

（4）約束條件。大體積混凝土因溫度變化而發生變形也要受到不同程度的約束，限制其變形，因而產生了約束應力。大體積混凝土與地基澆筑在一起，早期混凝土溫度上升時，混凝土膨脹受到地基約束會產生壓應力;當后期溫度下降時，混凝土收縮受到地基約束便會產生拉應力。由于混凝土的抗壓性能優于抗拉性能，所以在受壓時一般不會出現裂縫，而在受拉時，當拉應力大于混凝土的抗拉強度時，就會在混凝土中出現垂直裂縫[2]。

3裂縫預防和控制措施

大體積混凝土的裂縫的出現破壞了結構的整體性和穩定性，一旦出現大的裂縫很難修復，因此對于大體積混凝土結構的裂縫，應以預防為主。總結國內外的經驗，為了預防和減少大體積混凝土裂縫的產生，應從以下幾方面著手：

3.1 選擇合理的結構形式

（1）結構形式對溫度應力和裂縫具有重要影響。在設計階段應充分重視結構形式對溫度應力和裂縫問題的影響，特別在寒冷地區，應盡量少用對溫度變化敏感的薄壁結構。

（2）澆筑塊尺寸對溫度應力有重要影響。澆筑塊越大，溫度應力也越大，越容易產生裂縫。因此，合理的分縫分塊對防止裂縫有重要意義。實際經驗和理論分析都表明，當澆筑塊平面尺寸控制在15m×15m左右時，溫度應力比較小，基礎約束高度也只有3～4m。在氣候溫和地區，產生裂縫的可能性較小;但在寒冷地區，由于溫差過大，這種尺寸的澆筑塊仍然難免出現大量裂縫，需要采取嚴格的保溫措施。

在同一澆筑塊內應避免基礎過大的起伏，在結構形式上應盡量避免或減緩應力集中。

3.2 選擇混凝土原材料、優化配合比

選擇混凝土原材料、優化混凝土配合比，使混凝土具有較大的抗裂能力，即要求混凝土絕熱溫升小、抗拉強度大、極限拉伸變形能力大、線脹系數小、自生體積變形小。

（1）選擇水泥。水泥應盡量采用低水化熱和安定性好的水泥，在滿足設計強度要求的前提下，盡量減少水泥用量。當環境水具有硫酸鹽侵蝕性時，應采用抗硫酸鹽水泥。

（2）摻用混合材料。摻用混合材料的目的是降低混凝土的絕熱溫升、提高抗裂能力。常用的混合材料有礦渣、粉煤灰、燒黏土等。

（3）摻用外加劑。外加劑減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強劑等。

（4）優化砼配合比。在保證混凝土強度及流動性條件下，盡量節省水泥，降低混凝土絕熱溫升。

3.3 嚴格控制混凝土溫度，減小基礎溫差、內外溫差及表面溫度驟降

（1）降低混凝土澆筑溫度。通過冷卻拌和水、加冰、預冷骨料等辦法降低混凝土出機口溫度，采用加大混凝土澆筑強度、倉面保冷等方法減少澆筑過程中的溫度回升。

（2）水管冷卻。在混凝土內埋設水管，通低溫水以降低混凝土溫度。

（3）表面保溫。在混凝土表面覆蓋保溫材料，減少內外溫差，降低混凝土表面溫度梯度。

在混凝土澆筑時，做到薄層、短間歇、均勻上升，利用低溫季節澆筑基礎部分混凝土。加強養護，嚴格控制溫度。

4結束語

雖然大體積混凝土裂縫產生的原因很多，但只要嚴格按照技術規范施工，深入探索裂縫產生的原因，及早采取相應的預防措施，就可以有效的控制大體積混凝土結構的裂縫。

參考文獻

[1] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社，1999：77-78.

[2] 何星華，高小旺.建筑工程裂縫防治指南[M].北京：中國建筑工業出版社，2005：51.