浅谈大体积混凝土裂缝控制设计

浅谈大体积混凝土裂缝控制设计

丛培晓

丛培晓

（威海市建设工程勘察设计审查中心，山东，威海，264200）

【摘要】现代建筑中，经常涉及到大体积混凝土工程，广泛应用于高层建筑基础、大型设备基础、水利大坝等。大体积混凝土裂缝是影响建筑质量和外观的关键因素。通过分析裂缝产生的根本原因，结合多年的工作经验，从优选混凝土材料、构造设计、施工配合等方面提出行之有效的裂缝控制措施。

【关键词】大体积混凝土；裂缝控制，设计

由于工程建设规模逐年扩大、建筑体型和结构形式日趋复杂，大体积混凝土裂缝成为常见的质量通病，影响结构的承载能力、耐久性、防水性及建筑美观。因此，大体积混凝土裂缝控制设计成为技术人员一直关心和研究的关键问题。

1．裂缝产生的主要原因

1.1温度变化

施工过程中，大体积混凝土内外温差产生温度应力，当温度应力超过抗拉强度时，会产生混凝土裂缝。内外温差的影响因素主要有：一、水泥水化热。混凝土在硬化过程中释放大量水化热，由于大体积混凝土结构断面较大，表面系数较小，使得聚集在混凝土内部的热量不能及时释放出去，导致内部温度不断升高，高于混凝土表面温度而形成内外温差。二、外界气温变化。混凝土内部温度由浇筑温度、水泥水化热绝热温升、结构散热温度等三部分叠加而成。在施工阶段，混凝土浇筑温度与外界温度同向变化，当外界气温骤降，混凝土表面温度下降明显，形成温度梯度。温度裂缝特征是裂缝较细且基本连续，宽度<0.3mm。

1.2收缩作用

大体积混凝土在硬化过程中，内部水分的大约20%最终留在混凝土内部，而其余大约80%的水分需要蒸发掉。一部分水分蒸发出去，会造成混凝土体积出现明显收缩，在内部形成收缩应力，当收缩应力超过抗拉强度时，会产生混凝土裂缝。收缩裂缝特征是不规则龟纹状裂缝、放射状裂缝、每隔一段距离出现一条裂缝。

1.3湿度变化

混凝土在硬化过程中，内部湿度变化很缓慢，表面湿度变化很大。在混凝土处于水化作用下温度上升或者下降时，混凝土表面水分会大量流失，而高强混凝土内部毛细孔很细小，使得内部水分不能及时补充到表面，导致表面出现裂缝。湿度裂缝特征是断续裂缝，宽度>0.5mm。

1.4沉降作用

在大体积混凝土浇注过程中、浇注成型后且初凝前，混凝土会出现泌水现象，顶部钢筋上面的混凝土受到钢筋约束，不能继续下沉，而钢筋下面的混凝土继续下沉，在钢筋表面形成混凝土顺筋裂缝。湿度裂缝特征是裂缝较宽。

1.5施工不当

混凝土浇注时，如果振捣过多，大部分细骨料留在上层，大部分粗骨料下沉，强度不均匀，会造成表面收缩变形增大，容易产生裂缝。如果倒灰不够均匀，振捣找平时，砂浆或者石子少的混凝土向周围移动，使得某一局部的砂浆聚集在一起，混凝土局部水泥含量增大，产生较大温度应力和收缩应力，容易产生裂缝。

2．裂缝控制设计

2.1以抗为主

对于内约束造成的结构变形，采用提高混凝土抗拉能力来抵消内约束的收缩能力，减少裂缝的产生。对于地下、半地下结构主要采用“以抗为主，先放后抗”的设计方法。具体措施是通过优化混凝土材料的选择、配置构造钢筋等。

2.2以放为主

释放、减少外约束，可以减少混凝土变形和约束应力引起的裂缝。对于露天结构和主要受外约束的构件，采用以放为主的设计方法。一般来说，工程中先释放结构大部分变形，再利用混凝土抗裂能力抵抗剩余变形引起的约束应力。具体措施是采用设置伸缩缝、沉降缝、后浇带、设置辊轴支座来释放变形，采用在基础底面设置滑动层、截面突变处设置减阻层来约束应力。

3．裂缝控制措施

3.1优选混凝土材料

（1）水泥：选用中低热、凝结时间长的水泥品种，降低水泥水化热。优先选用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等。

（2）粗、细骨料：粗骨料选用粒径5～30mm连续级配且含泥量低于1%的碎石，细骨料选用细度模量2.6～2.9的中砂，可以减少用水量及水泥用量，降低水化热，减少泌水性，抵抗混凝土收缩。

（3）掺入外加料：外加料主要有减水剂、膨胀剂、掺合料等。缓凝型高效减水剂能够增加混凝土拌合物凝结时间，防止塌落度损失过快；膨胀剂能够补偿混凝土收缩，增加密实性；掺合料能够代替部分水泥，改善拌合物性能。

（4）掺入合成纤维：合成纤维主要有聚丙烯晴纤维、聚丙烯纤维。用于控制早期混凝土塑性收缩裂缝、硬化后温度和收缩裂缝。一般来说，掺入合成纤维后混凝土收缩率可以降低40%～50%，劈裂抗拉强度可以提高15%。

3.2构造设计

（1）配置温度钢筋：增配温度钢筋可以提高对水泥水化热引起温度应力的承受能力，减少裂缝产生。配筋尽可能采用小直径、小间距。一般来说，钢筋直径8mm～14mm，间距100mm～150mm。

（2）增配附加钢筋：在断面突变、构件开洞处，应力比较集中，可以增加斜向钢筋、钢筋网、增配附加钢筋，减少裂缝产生。

（3）后浇带、跳仓法：对于大块式基础、筏式基础、箱式基础，施工过程中会出现较大的温差和收缩应力，采用后浇带、跳仓法施工，可以减少裂缝产生。一般来说，后浇带间距设置30～40m，宽度设置700～1000mm。

（4）设置缓冲层和应力缓和沟：在混凝土高低底板交接处、底板地梁处设置缓冲层，抵消基础收缩时产生的侧向压力。一般来说，厚度30～40mm。在混凝土结构表面，每隔一定距离设置一条应力缓和沟（距离等于结构厚度的1/5），可以降低结构表面拉应力20%～50%，有效减少裂缝产生。

3.3施工配合

（1）整体分层浇筑：适用于厚度较大，而面积不太大或者长度不太长的大体积混凝土施工。第一层全面浇筑完成后，进行第二层浇筑，如此逐层连续浇筑。施工时从短边开始，沿着长边方向推进。

（2）分段分层浇筑：适用于面积较大或者长度较长，而厚度不太大的大体积混凝土施工。先从底层开始浇筑至一定距离后，进行第二层浇筑，如此逐层连续浇筑。当此段混凝土浇筑完成后，继续浇筑下一段。

（3）斜面分层浇筑：适用于面积和厚度都比较大的大体积混凝土施工。分成若干层浇筑，每一层都不完全浇筑到头，下一层浇筑一部分后，回头浇筑上一层，逐步形成阶梯形浇筑层次。

（4）二次振捣法：混凝土浇筑后，在振动界限之前，重新对混凝土进行振捣能够提高混凝土密实度，防止形成施工冷缝，提高混凝土抗压强度10%～20%，增加了混凝土的抗裂能力。同时，实施二次抹压法，在混凝土初凝前和预沉后，采用铁滚筒碾压，木拉板打磨压实，减少混凝土表面的收缩裂缝。

（5）加强后期养护：对混凝土进行早期保温和保湿养护，降低由于风吹日晒引起的收缩速度，减少表面应力，减少裂缝的产生。

4．结束语

大体积混凝土裂缝控制设计主要采用“抗放兼施”的设计理念，根据工程结构特点有所偏重，具体措施包括优选混凝土材料、构造设计、施工配合等方法。总之，合理的构造设计、施工的密切配合是控制大体积混凝土裂缝的重要保证。

参考文献：

[1]杨小东,冯亮波.大体积混凝土结构的裂缝控制设计[J].山西建筑,2011,37(20):46-47.

[2]王建.工业建筑大体积混凝土结构裂缝控制设计探讨[J].工业建筑,2009,(S1):307-312.

[3]郝艳青,刘建军.浅谈结构设计中的裂缝控制问题及应对策略[J].建材与装饰,2012,(5):14-15.

[4]施晋.大体积混凝土的结构设计要点与施工质量控制问题[J].中国科技投资,2014,(4):97-97.