大体积混凝土裂缝的成因及预防王乐杰

大体积混凝土裂缝的成因及预防王乐杰

王乐杰

山东金城建设有限公司山东淄博255000

摘要：大体积混凝土施工，在现代建筑领域中多有涉及，例如大型设备基础、高层住宅基础等。此类部位整体性要求高，质量好坏直接影响结构安全，因此必须进行全面的质量控制。工程实践证明，大体积混凝土施工难度大，产生有害裂缝的机率多，为降低相关损失，我们要预防和减少有害裂缝的发生。

关键词：大体积混凝土；裂缝；预防措施

1大体积混凝土裂缝产生的分析

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性等，混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担，而当混凝土的本身的粘结力等束缚力对这些应力不在能够承担时，裂缝便产生了。其过程主要有凝结前、凝结后两个阶段。

1.1凝结前

在凝结前造成裂缝主要原因是在水化过程中水泥-水体系的体积变化产生的应力。当混凝土中的水泥与水发生反应，水泥水化物的体积会小于水泥和水的体积之和，加上混凝土内部自由水析出，混凝土内部会形成毛细管，毛细管张力会导致混凝土开裂；同时混凝土里水泥的水化反应是一个放热的反应，这种反应将使混凝土内部温度升高，产生体积膨胀，待水化反应减慢以后，混凝土体积会收缩，因而引起应力变化而使混凝土出现裂纹。

1.2凝结后

在混凝土凝结后，混凝土的物理、化学反应并没有终止，而还在缓慢的持续。当混凝土置于未饱和空气中会由于水分丧失而引起干燥收缩。水分蒸发使干缩产生的拉应力大于砼的抗拉强度，使砼产生裂缝。它的主要特征是表面开裂，走向纵横交错，没有一定的规律，形似龟纹，缝宽和长度都很小既收缩裂缝；同时由于混凝土已经凝结，混凝土的热传导性将大大的降低，而混凝土中的水化反应却并没有停止，混凝土里水泥的水化反应是一个放热的反应，这种反应将使混凝土内部温度升高，产生体积膨胀，待水化反应减慢以后，混凝土体积会收缩，因而引起应力变化而使混凝土出现裂纹，在以后内部的冷却期间会产生开裂。当然除去水泥水化造成的原因之外还有很多，如水泥熟料锻烧不充分，氧化钙（CaO）和氧化镁（MgO）以游离状态存在，并且产生过量的石膏。因为它们的水化过程延迟或很慢，导致水泥已凝结硬化后继续水化而产生水化产物，又由于水化产物的体积比它原始游离caO和MgO等的体积大得多，这种在硬化的混凝土中的不均匀的体积膨胀使路面出现龟裂、断板等；骨料的级配不合理使用过多小颗粒细砂已及等，也会造成一定程度上的混凝土裂缝。

2大体积混凝土的防裂措施

大体积混凝土的防裂措施是多种多样的，这里主要从原材料和施工工艺方法两方面来讨论。

2.1原材料使用水化热低的水泥

由于温差主要是由水化热产生的，因而为降低水化升温、减小体积形变，大体积混凝土一般不宜使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，应使用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外，由于水泥的细度会影响水化热的放热速率，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小。本工程使用低热矿渣水泥，有效地减少了因水化热产生的热量，降低了温度。

2.2掺加粉煤灰

粉煤灰的水化热远低于水泥，7天约为水泥的1/3，28天约为水泥的1/2，掺加粉煤灰既可以减少水泥用量，又可以有效地降低水化热。同时优质粉煤灰需水量小，有减水作用，可以降低混凝土的单位用水量，在水灰比固定的情况下减少水泥用量，还可以减少混凝土自生体积收缩，有利于防裂。由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多，通过配合比试验，本工程掺加20%的粉煤灰。

2.3采用线胀系数小的骨料

混凝土由水泥浆和骨料组成，其线胀系数为水泥浆和骨料线胀系数的加权平均值。由于水泥浆的线胀系数和权值一定，因而减小混凝土的线胀系数就必须采用线胀系数小的骨料。骨料的线胀系数因母岩种类而异。

3大体积混凝土裂缝的材料控制技术

3.1水泥的合理选取

优先选用收缩小的或具有微膨胀性的水泥。因为这种水泥在水化膨胀期（1～5d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。水泥强度等级为32.5或42.5级。

3.2骨料的合理选取

选择线膨胀系数小、岩石弹性模量低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料，这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。砂宜选用粗砂或中砂，含泥量小于等于3％；石子为0.5—3.2mm粒径的碎石或卵石均可。

3.3尽可能减少水的用量

水对混凝土具有双重作用，水化反应离不开水的存在，但多余水贮存于混凝土体内，不仅会对混凝土的凝胶体结构和骨料与凝胶体间的界面过度区相的结构发展带来影响，而且一旦这些水分损失后，凝胶体体积会收缩，如果收缩产生的内应力超过界面过度区相的抗力，就有可能在此界面区产生微裂缝，降低混凝土内部抵抗拉应力的能力。再者，大体积混凝土一般强度都不是很高。外加剂选用木质素磺酸钙，根据气温调整其掺量，气温高时，掺量较大，气温低是掺量减少，夏季掺量为水泥用量的0.35％，冬季掺量为水泥用量的0.2％，春秋季掺量为水泥用量的0.25％。

4混凝土凝结硬化过程的控制

宏观上，硬化混凝土在约束条件下，收缩变形会产生弹性拉应力，拉应力的近似值最初可假定为杨氏模量和变形的乘积，当诱导拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土材料就会开裂。

混凝土振捣完毕应随即覆盖，最好用塑料布密封养护，防止混凝土脱水龟裂。加盖保温材料能有效控制因温差应力而产生的裂缝。保温材料的撤出时间应以混凝土内部和表面温差以及表面和大气的温差均小于25℃为准。一般混凝土浇筑完毕，第三、四天为升温的高峰，其后逐渐降温，保温材料的拆除以10天以上为宜，降温速度不宜过快，以防温差应力产生裂缝。在施工中，应随时掌握混凝土的温差动态，测温工作至关重要。可采用在混凝土内部不同的部位埋设铜热传感器进行测温，同时还配合使用普通玻璃棒式温度计进行校验，发现温差有超过25℃的趋势时，应及时加强保温或减缓拆除保温材料，以防止产生混凝土温差应力裂缝。

5结语

综上浅述，大体积混凝土的裂缝是困扰业内专业人士的一个学术难题，也是一个必须认真解决的大问题。通过工程应用的分析总结，大体积混凝土的材料型裂缝主要还是由于温度应力和混凝土收缩引起的，从大量工程应用实践及经验分析，在构造设计上精心考虑，对原材料认真选择，在施工中采取合理的方法及控制措施，同时过程中的监督管理也是一个重要环节，只有层层把关严格工序管理才能有效预防裂缝的产生和发展。

参考文献：

[1]李小利.混凝土裂缝问题分析[J].北京工业职业技术学院学报，2009-10-30.

[2]吴巍，钱凯，袁西耘.混凝土施工中常见裂缝问题的预防与处理[J].鸡西大学学报，2009-06-15.