大体积混凝土裂缝产生的原因及防治措施

大体积混凝土裂缝产生的原因及防治措施

李余

州骏升建设管理有限公司 广东省广州市

    本文主要分析了大体积混凝土的特点及施工中的裂缝产生原因，并提出了相应的预防措施，特别是针对大体积混凝土的早期裂缝提出了全面的防治措施。 

[关键词] 大体积混凝土  裂缝  防治 

随着国家现代化建设的飞速发展，城市建设的不断加快，出现了一些超高层且结构复杂的建筑物及超大体积结构物，在这些建筑物及结构物中大体积混凝土的应用也越来越广泛。大体积混凝土主要存在于大型设备基础、厚大桩基承台、基础底板及主要结构转换层和结构梁等部位。这些部位整体性质量要求高，质量的好坏直接影响到结构的安全使用，因此全面的质量控制就显得至关重要。从裂缝的形成过程可以看到，混凝土之所以开裂，主要是混凝土所承受的拉应力和混凝土本身的抗拉强度之间的矛盾发展的结果。因而为了控制大体积混凝土裂缝，就必须尽最大可能提高混凝土本身抗拉强度性能和降低拉应力（特别是温度应力）这两方面综合考虑。抗拉强度主要决定于混凝土的强度等级及组成材料，要保证抗拉强度关键在于原材料的优选和配合比的优化，从经济角度来考虑，混凝土原材料优选的空间相对较小，所以降低拉应力是控制混凝土裂缝的有效途径，而降低拉应力主要通过减少温度应力和沉缩应力来控制温度裂缝和沉缩裂缝。

一、产生裂缝的主要原因如下：

1、水泥水化热

   水泥在水化过程中要产生一定的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，所以会导致大量的热量聚集，引起急剧温升。水泥水化热引起的绝热温升，与混凝土单位体积内的水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期按指数关系增长，一般10d左右达到最终绝热温升，但由于结构自散热，实际上混凝土内部的最高温度大多发生在混凝土浇筑后的3~5d。

   混凝土的导热性较差，浇筑初期，混凝土的弹性模量和强度都很低，对于水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也就较小。随着混凝土龄期的逐渐增长，弹性模量和强度相应的提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。

2、约束条件

   结构在变形时，会受到一定的阻碍而阻挡其自由变形，该阻碍称为约束。前面讲过，约束分为外约束与内约束。大体积混凝土由于温度变化产生变形，这种变形受到约束才产生应力，在全约束条件下，混凝土结构的变形，应是温差和混凝土线膨胀系数的乘积，当变形超过混凝土的极限拉伸值时，结构便出现裂缝。由于结构不可能受到全约束，且混凝土还有徐变变形，所以当混凝土内外温差在25℃甚至到达30℃情况下混凝土也可能不开裂。

3、外界气温变化

   温度应力时由温差引起的变形造成的，温差越大，温度应力也越大。大体积混凝土结构施工期间，外界气温的变换情况对大体积混凝土的裂缝产生有重要的影响。混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加之和。外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高；如果外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别在外界气温剧降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度。

4、混凝土的收缩变形

   混凝土的拌合水中，只有约20%的水分是水泥水化所需要的，其余80%都是要被蒸发掉的。混凝土爱水泥水化过程中要产生体积变形，多数是收缩变形，只有少数为膨胀变形，这主要取决于所采用的胶凝材料的性质。混凝土中多余水的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。这种干燥收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力，引起混凝土裂缝。

混凝土的干燥收缩机理较复杂，其主要原因是混凝土内部空隙水随着蒸发变化时引起的毛细管引力所导致。这种干燥收缩在很大程度上市可自行恢复的，如果处于水饱和状态，混凝土还可以恢复达到原有的体积。除上述干燥收缩外，混凝土还产生碳化收缩。

二、大体积混凝土施工技术措施

1、 降低水泥水化热。包括: 混凝土的热量主要来自水泥水化热, 因而选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配制混凝土较好;精心设计混凝土配合比, 采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术, 减少每立方米混凝土中的水泥用量, 以达到降低水化热的目的; 选用适宜的骨料, 施工中根据现场条件尽量选用粒径较大, 级配良好的粗骨料;选用中粗砂, 改善混凝土的和易性, 并充分利用混凝土的后期强度, 减少用水量; 严格控制混凝土的塌落度。在现场设专人进行塌落度的测量, 将混凝土的塌落度始终控制在设计范围内;如技术条件允许, 可在混凝土结构中掺加10%~15%的大石块, 减少混凝土的用量,以达到节省水泥和降低水化热的目的。

2、 降低混凝土入模温度。包括: 浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温, 尽量避开炎热天气浇筑。夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土, 或在混凝土拌和水中加入冰块, 同时对骨料进行遮阳、洒水降温, 在运输及浇筑过程中也采用遮阳保护、洒水降温等措施, 以降低混凝土拌和物的入模温度; 掺加相应的缓凝型减水剂; 在混凝土入模时, 还可以采取强制通风措施,加速模内热量的散发。

3、 加强施工中的温度控制。包括: 在混凝土浇筑之后, 做好混凝土的保温保湿养护, 以使混凝土缓缓降温, 充分发挥其徐变特性, 减低温度应力。夏季应坚决避免曝晒, 注意保湿; 冬季应采取措施保温覆盖,以免发生急剧的温度梯度变化; 采取长时间的养护, 确定合理的拆模时间, 以延缓降温速度, 延长降温时间, 充分发挥混凝土的“应力松弛效应”; 加强测温和温度监测。可采用热敏温度计监测或专人多点监测, 以随时掌握与控制混凝土内的温度变化。混凝土内外温差应控制在25℃以内, 基面温差和基底面温差均控制在20℃以内, 并及时调整保温及养护措施, 使混凝土的温度梯度和湿度不致过大, 以有效控制有害裂缝的出现; 合理安排施工程序, 混凝土在浇筑过程中应均匀上升, 避免混凝土堆积高差过大。在结构完成后及时回填土, 避免其侧面长期暴露。

4、 改善约束条件, 削减温度应力。在大体积混凝土基础与垫层之间可设置滑动层, 如技术条件许可, 施工时宜采用刷热沥青作为滑动层, 以消除嵌固作用, 释放约束应力。

5、 提高混凝土的抗拉强度。包括: 控制集料含泥量。砂、石含泥量过大, 不仅增加混凝土的收缩, 而且降低混凝土的抗拉强度, 对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下, 中砂含泥量控制在2%以下, 减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响; 改善混凝土施工工艺。加强早期养护, 提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量; 在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋, 以改善应力分布, 防止裂缝的出现。

结语

    在大体积混凝土施工时, 优化配合比设计、改善施工工艺、准确计算混凝土拌和温度、混凝土出机温度、混凝土绝热温升、混凝土内部实际温度、混凝土表面温度及混凝土内部与表面温差, 做好温度监测及降温工作及加强养护等方面采取有效技术措施，坚持严谨的施工组织管理，从而避免及减少出现混凝土裂缝, 以保证混凝土结构的工程质量。