大体积混凝土施工裂缝的产生原因及其预防

黄 芸（唐山建设集团有限责任公司，河北 唐山063000）

1 引言

混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。随着国民经济的迅猛发展，各种混凝土大坝、港工结构、高层建筑等施工中，大体积混凝土的应用越来越广泛。尽管在施工中采取了多种措施，但裂缝仍然时有出现。裂缝的产生轻则会影响结构的整体性和耐久性，重则影响结构的安全和使用寿命。因此，采取合理措施，避免大体积混凝土结构施工裂缝的产生日益受到土木、水利等工程界人士的重视。

2 大体积混凝土施工期产生裂缝的机理和影响因素

2.1 大体积混凝土温度裂缝的产生机理

研究表明，混凝土内部都是存在微观裂缝的。混凝土是由骨料、水泥石、气体和水封等组成的非均质材料，混凝土中骨料的热膨胀系数一般为0.7×10-5/℃左右，而水泥石的热膨胀系数为1.3×10-5/℃左右,由于骨料和水泥石在热膨胀系数上的显著差异，导致在骨料和水泥石界面处产生温度应力。

当结构物在实际使用中的抗拉强度不足以抵抗由于外荷载作用而产生的应力时,就可能出现裂缝。在各种温度、湿度以及其他条件变化下，混凝土逐步硬化过程中，会产生不均匀分布的体积变形，混凝土的各组成材料间强度和变形能力等的差异就引起相互间的约束应力，当温度应力大于骨料和水泥砂浆粘结强度时,就在界面处产生了微裂缝”。

大体积混凝土结构，由于其截面尺寸相对于一般结构构件大很多，其在水泥发生水化反应过程中，会释放大量水化热，由于水化热的传导、散失等条件的差异，进而造成结构内部温度场的显著变化，产生较大温度应力。另外，由于混凝土收缩的作用，同时会产生收缩应力，这些因素，造成大体积混凝土结构裂缝的出现机率和裂缝危害要显著大于一般混凝土结构。

2.2 大体积混凝土施工期裂缝产生的主要影响因素

从温度裂缝产生的机理可以知道，水泥水化过程是大体积混凝土中的主要温度因素，其施工期裂缝的防控重点是温度裂缝。因此，影响其施工期裂缝的因素主要为使其内部温度场产生不均匀分布的各种因素，包括水泥水化热、拌合浇筑温度、收缩变形、大气温度和当量温度等。另外，还与混凝土的降温散热条件以及升降温速度密切相关。除此以外，还与混凝土抗拉强度以及施工方案和配筋等因素有关。

1）浇筑温度对裂缝的影响

混凝土的浇筑温度是混凝土产生水化热温升的基础。混凝土的浇筑温度越高，其产生的水化热峰值也越高。因此在工程实践中，在高温季节浇筑大体积混凝土时通常采用骨料预冷，加冰拌和等措施来降低浇筑时的温度，以达到控制混凝土最高温升的目的。

2）水泥品种与用量对裂缝的影响

水泥品种和单位体积混凝土水泥用量的差异，产生的最终水化热是不同的。这两个因素对混凝土绝热温升热峰值有显著影响，因此浇筑大体积混凝土时应尽量采用低热水泥。

3）环境温度对裂缝的影响

施工期环境温度的影响主要是造成混凝土内外温差较大。混凝土表面温度随环境温度降低而降低，而环境温度对其内部热峰值的影响不大，进而引起的混凝土内外温度梯度的显著变化，加剧温度应力的产生，因此要特别注意在寒冷季节施工时的防护措施。

4）混凝土导热性能对裂缝的影响

导热系数高的混凝土，热量传递效率高，能够显著降低混凝土内外的温差，从而降低由此引起的应力。除此以外，还可以采取施工过程中加强散热措施。

5）混凝土收缩变形对裂缝的影响

混凝土空隙中存在多余水分的蒸发，会引起混凝土体积的收缩（干缩），如果收缩受到约束，即会引起开裂，并随龄期的增长而发展。

6）施工方案对裂缝的影响

采用分块、分层浇捣，可以减轻混凝土的水化热和内部温度梯度，达到控制温度收缩应力和裂缝的开展的目的。但是，同时也会延长施工周期，施工质量难以保证。

7）配筋对混凝土裂缝的影响

混凝土的非均质结构，在受力时，造成内部各质点不均匀受力，往往会造成应力较大点首先达到抗拉强度极限，引起局部变形，进而在应力集中处出现裂缝。如果通过适当配筋分担混凝土应力，使其趋向均匀，则可推迟混凝土裂缝的出现。

8）混凝土几何尺寸对裂缝的影响

通过实测可知，混凝土浇筑层厚度对其温度影响很大，混凝土达到稳定所需试件随着浇筑层厚度减小而缩短。此外，大体积混凝土尺寸越大，越容易产生裂缝。

(9)养护不当对裂缝的影响

养护过早会影响胶结能力，而养护过迟，又会引起混凝土表面游离水过快蒸发，进而产生体积收缩裂缝。

3 预防大体积混凝土产生施工裂缝的防控制措施

3.1 控制大体积混凝土开裂的控制因素分析

根据大体积混凝土裂缝的产生机理，当混凝土在 t 龄期时，抗拉强度Rf（t）大于混凝土内部温度从最高值 Tmax降至环境温度 Th(t) 时所产生的收缩受到外界约束而引起的应力σw（t）时，混凝土不发生开裂。可用下式表示：

式中，σN（t）是由中心温度与表面温度之差 △T(t)产生的相对变形受内约束引起的。应力；σZ（t）总温降收缩受约束产生应力；σS（t）是收缩变形受约束产生的应力；σO（t）是其它次要因素产生的应力；σX（t）是徐变释放的应力。

由上式可知，减少大体积混凝土开裂的关键因素是令混凝土抗拉强度大于由于各种因素引起的开裂应力。另外，通过采取措施，降低内部与外部温差应力、混凝土总温度应力、收缩应力，并通过加强混凝土变形能力和徐变能力，也会对控制大体积混凝土开裂取得效果。混凝土的温度应力决定于浇筑混凝土时的温度、水化热和混凝土的表面温度。通过优选水泥品种、优化配合比、改善养护条件，也可以达到控制大体积混凝土裂缝开展的目的。

综上所述，防止大体积混凝土裂缝的开展，一方面应控制温度、改善约束；另一方面应尽可能的提高混凝土抗裂能力，改善混凝土自身性能。

3.2 降低混凝土浇筑水化热的措施

1）不宜使用水化热较高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，更不宜使用早强型水泥。在满足混凝土设计强度要求的前提下，尽量采用低水化热水泥。

2）除采用水化热低的水泥外，要减少温度变形，还应尽可能地降低水泥用量。

3）通过精心设计，尽量采用较大的骨料粒径等措施，优化混凝土配合比。

4）适量掺加粉煤灰等掺合料。粉煤灰7天水化热约为水泥的 1/3，远小于水泥。并且可降低混凝土的单位用水量和水泥用量，减小混凝土的收缩，有利于防裂。

5）适当掺加减水剂。减水剂可有效降低混凝土的单位用水量和水泥用量，缓凝型减水剂对水泥水化有抑制作用。有利于防止开裂。

3.3 合理制定施工方案的措施

对不同的混凝土构件，应有针对性的采用相应的浇筑工艺，浇筑大体积混凝土首先应制定详细的浇筑施工方案。采取切实可行的措施。

1）合理的分缝分块，安排合理的浇筑顺序。

2）热天浇筑混凝土时分层浇筑，减小浇筑厚度，利用浇筑层面散热。

3）在混凝土中埋设降温水管，通入冷水降温。

4）合理安排浇筑顺序，避免过大的高差和侧面长期暴露。5）注意控制钢筋位置，防止钢筋位移造成混凝土保护层过大而开裂。

3.4 混凝土的养护措施

（1）及时养护，应在浇筑完后12小时内对混凝土加以覆盖保湿养护。根据采用水泥品种不同，确定养护时间，洒水养护应以保持混凝土处于湿润状态为宜。

（2）薄膜布养护应在振捣二次抹压后立即用塑料薄膜严密覆盖，保证混凝土在不失水的情况下得到充足的养护，同时辅以洒水养护。

4 结语

虽然多年来混凝土梁板的施工裂缝一直是施工中最常见和难以克服的弊病,但只要在施工中对每个环节和工序严格把关, 还是能够克服和减少的。

[1]中华人民共和国国家标准.GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社.

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