大体积混凝土的裂缝分析及控制方法

王嘉

摘要：大体积的混凝土开裂之后，它的性能和原状态的混凝土差别很大，尤其是在耐久性方面的差别，混凝土渗透反过来会促使混凝土进一步恶化，严重影响了结构的长期安全和耐久运行。裂缝大多在早期产生，探讨裂缝产生的原因和防止裂缝出现是十分重要的。本文通过分析大体积混凝土裂缝产生的原因和类型，分别从不同环节提出了预防裂缝的综合措施。

关键词：大体积混凝土，裂缝，分析，控制方法

大体积混凝土和普通混凝土相比，除了具有普通混凝土的强度、刚度和整体性以及耐久性之外，主要就是如何控制温度变形裂缝的发生和开展。在施工过程中大体积混凝土开裂是常见病害，在施工时应尽可能采取有效措施防止裂缝产生，确保结构尽可能没有裂缝，或者减少裂缝的数量和宽度，尤其注意要避免有害裂缝的出现，确保工程的质量。[1]

一、 大体积混凝土裂缝的主要类型和原因

（一） 干缩裂缝

在实际工程中，干缩裂缝是最常见的。在收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩是导致混凝土体积变形的主要原因，另有自生收缩和炭化收缩。混凝土的干缩主要跟混凝土的水灰比、水泥成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。混凝土收缩是混凝土内部水分蒸发程度不同导致的结果；混凝土受到外部的条件影响，其表面的水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，混凝土内部约束较大的表面干缩变形，裂缝因较大的拉应力而产生。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，越易产生裂缝。干缩裂缝多在混凝土养护结束后一段时间或者浇筑完一周后产生。[2]

干缩裂缝多是表面性的平行线状或者网状浅细裂缝，宽度为0.05mm~0.2mm，平面部位多在大体积混凝土中出现，在较薄的梁板中裂缝多沿其短向分布。混凝土的抗渗性会受到干缩裂缝的影响，导致钢筋腐蚀影响混凝土的耐久性，在水压力下产生水力劈裂，混凝土的承载力受到影响。

（二） 塑性收缩裂缝

混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等，这与混凝土的泌水有关。泌水是混凝土浇筑捣实之后在没有凝结硬化之前，混凝土的浇筑面上出现一层清水或者有水从模版缝里渗出的现象，原因是水的密度比其它混凝土拌合物的组分密度要小。[3]

在大风天或者干热天中容易出现塑性收缩裂缝，裂缝一般是中间宽，两端细，长短不一，互不连贯。好发部位是混凝土板或者比表面积较大的墙面。裂缝短的可为20~30cm，长的可为2m~3m，宽度一般为1mm~5mm。外观上可以分为无规则网络状和略有规则的斜纹状或者能反映混凝土布筋情况和混凝土构件截面变化等规则的形状，深度为3~10cm,，一般不会延伸到混凝土板的边缘。

（三） 沉陷裂缝

沉陷裂縫产生的原因是地基土质不匀、松软，或者因回填土不实导致不均匀沉降。模板刚度不足，模板支撑间距多大或底部松动也会导致沉陷裂缝。冬季是沉陷裂缝的多发季节，冻土上有模板，冻土化冻之后不均匀沉降，导致裂缝在混凝土结构中产生。裂缝多为深进或贯穿性，沉陷情况决定了它的走向情况，发展方向和地面呈30~40°角。大的沉陷裂缝会有错位现象，裂缝宽度和沉降量成正比，沉陷裂缝的稳定性取决于地基变形的稳定性。

（四） 温度裂缝

水泥水化时会有大量的热量产生，每米混凝土用350~559kg/m³水泥来计算，那么将会释放17500~27500kj的热量。这些热量释放之后会使混凝土内部的温度升高，一般升高范围是35℃，浇筑温度为28℃时混凝土内部温度可达到65℃左右。在不采取有效的降温措施的情况下，混凝土内部温度可以更高。浇筑后3~5d是混凝土内部温度达到最高点的时间。混凝土的中心温度高，表面温度低，这是因为其内部和表面的散热条件不同，这样形成了一个温度梯度，导致温度变形和温度应力。混凝土的抗拉强度是有限的，一旦温度应力超过抗拉强度的阈值时，混凝土就会产生裂缝。[4]

（五） 施工冷缝

大体积的混凝土的浇筑量很大，分层浇筑时，混凝土的初凝之前没有实现前后分层浇筑的间隔，受到恶劣天气的影响，导致混凝土的浇筑不连续而有冷缝出现。

（六） 钢筋腐蚀引起的裂缝

混凝土的质量较差时或者厚度不足的时候，混凝土的保护层会受到二氧化碳的腐蚀炭化到钢筋的表面。钢筋混凝土周围的碱度降低，或者氯化物介入导致钢筋周围的氯离子含量较高，钢筋表面的氧化膜因此受到破坏，钢筋中的铁离子与混凝土中的氧气和水分发生反应，产生的腐蚀物氢氧化铁的体积是原来的2~4倍，这使得腐蚀物对周围的混凝土产生了膨胀应力，混凝土的保护层因此开裂、剥离，在钢筋的纵向上生成裂缝，并且混凝土的表面有锈迹渗出。因为腐蚀的原因导致钢筋的有效断面面积减小，钢筋和混凝土的捏裹力削弱，其结构的承载力下降。并且有其他形式的裂缝被诱发的可能，最后导致结构的破坏。

二、 裂缝的控制方法

（一） 温差控制

大体积混凝土凝结时热量散发慢，水化热导致内外温差过大，这就会引起裂纹，所以温差控制在施工过程中是十分必要的。选择合适的水泥品种，降低水泥的用量。内外温差包括两层含义，一是混凝土内部和表面的温差，二是混凝土表面和自然温度之间的温差。经大量资料证明温差为30℃时混凝土的质量可以得到确保。

（二） 保温控制

在混凝土浇筑到标高后用塑料薄膜覆盖，再加铺3层草袋，这样做有两种作用，一是减少混凝土水分蒸发，避免其表面裂纹。二是减小温差。根据现场实际情况温差应该控制在25℃以下，入模温度35℃以下。

（三） 设计措施

增配可以抗裂的构造筋，采用小直径、小间距、全截面的配筋率在0.3~0.5%之内。避免薄弱环节受到集中应力作用，在薄弱环节采用加强措施。可以设置暗梁于易裂部位边缘，使该部位的配筋率提高。气候特征也是设计时需要充分考虑的因素之一，后浇缝的设置要合理，一般间距为20~30m，保留时间不低于60天。[5]

（四） 施工措施

对混凝土原材料的控制要严格化，低水化热的水泥是最佳选择，另外要选择含泥量少的粗细骨料。对混凝土的集料比进行细致分析，做好混凝土水灰比的控制工作，降低混凝土的坍落度，塑化剂和减少剂的掺加量要合理。夜间是浇筑进行的最佳时间，这样可以把初凝温度最大限度地降低。白天施工要有遮阳措施，如搭建简易帐篷等，或者覆盖阴湿麻袋，某些情况下可以向骨料喷冷水。混凝土的拆模时间可以尽量往后拖，混凝土表面温度在拆模后下降范围不能超过15℃。振捣时采用二次振捣，这样可以增强混凝土的抗裂性，提高其强度。混凝土在运输和泵送时做好降温工作，严格控制混凝土的出料温度，做好混凝土的及时养护工作。[6]

（五） 钢筋布置

为控制温度应力和收缩应力，可在设计底板时采用“井”字钢筋暗梁方案，这样有多层钢筋分布在上下部位，中间也有根据混凝土厚度按一定间距设置的钢筋网。

（六） 加强技术管理

对于原材料的检验、试验工作要抓紧，严格按照方案施工，做到分工明确细化，责任追溯到个人。监测工作也要做好，应该定时检查并且对结果进行详细记录。采取预先措施防止可能出现的冷缝发生，加强预测变截面施工前的各种问题，切实按照施工方案进行施工。

三、 结语

大体积混凝土的作用有利有弊，一方面它可以提供较为安全的支撑给现代建筑结构，另一方面它本身存在着出现裂缝的安全隐患。所以我们必须在实践中加大对大体积混凝土结构特性的重视程度，采取针对性的技术措施来解决设计和施工中出现的各种问题，那么可以有效避免裂缝的产生，也可以将建筑的寿命延长到最大限度。在几个工程的实践过程中，我们严格按照施工方案生产取得了一些较好的成果，达到了控制裂缝出现的目的，因此我们认为：严格控制混凝土的配合比，防止大体积混凝土出现裂缝的关键是原材料的质量检验和保温措施。钢筋的配筋率、施工方案和外加剂的掺加也是影响裂缝出现的重要因素。严格照施工方案施工，增强每个施工人员的责任意识是必不可少的。

参考文献: