关于建筑大体积混凝土开裂问题的探讨

陈必春

【摘 要】混凝土是由胶结材料，骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型的人造石材，是当代最基本的建筑材料之一。然而控制大体积混凝土开裂及其扩展是一项技术难题，也是工程施工中常遇到的问题。本文解释了混凝土大体积产生开裂的主要因素，指出在建筑大体积混凝土施工中必须考虑开裂的控制，从各个环节做好预防。

【关键词】大体积混凝土；开裂；预防

随着我国国民经济不断增长，大体积混凝土结构工程日益增多，如高层建筑地下室、高层建筑大型整板基础等，成为工程建设中十分重要的承重结构。但由于大体积混凝土本身体积大，水化热量与环境的热交换路径长，造成结构内温度分布极不均匀，严重时容易引起混凝土开裂。使混凝土结构的承载力降低，直接影响结构的安全。针对以上问题，笔者就近几年研究结果和实践经验，分析一下大体积混凝土裂缝的成因及防治措施，供同行参考。

1.高层建筑大体积混凝土开裂的常见原因

大体积混凝土结构厚大，浇注混凝土量大，工程条件复杂，产生开裂的原因也是多种多样，分析原因主要是由于温度和湿度的变化， 水泥水化产生的化学缩减， 基础不均匀沉降， 原材料不合格， 模板变形等。下面我们分析一下这些致裂因素：

1.1外界气温的影响

由于温度的升降变化而引起的应力就称为温度应力。大体积混凝土结构厚实，体积庞大，导热性能较差，在水泥硬化中产生的热量不能及时排出，容易产生开裂。另外，新浇混凝土受基岩或老混凝土约束，容易产生应力，随混凝土龄期的增长，弹性模量变大，将产生特别大的拉应力，一旦超过混凝土的最大抗拉强度，就会产生基础性裂缝。

1.2混凝土的收缩变形

自收缩是因水泥水化过程造成混凝土内部干燥而引起的。水泥在凝结时会结合的少部分水分，而这部分水分最终会蒸发掉，于是水分所占据的位置会产生许多气孔和毛细孔。这些气孔和毛细孔随着水分蒸发，在表面张力作用下，其内部压力比外部压力小，使毛细孔中产生负压，混凝土产生了收缩，一旦这种收缩受到阻碍或者约束，则混凝土可能产生开裂。混凝土自收缩的增长速度随龄期的增加而逐渐减慢[1]。

1.3材料及施工因素的影响

工程材料使用不当。例如钢筋布局不合理，配筋率达不到要求，会降低混凝土的极限拉伸应变能力，造成局部产生裂纹。另外，在施工浇捣混凝土中，漏振、过振或振捣棒抽插过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。

1.4水泥水化热

混凝土浇筑后由于其内部水分的散失以及发生一些化学变化，会引起混凝土体积收缩，这个时候就会产生收缩应力，收缩应力与温度应力共同作用就会加剧混凝土的开裂。一般水泥因水化反应产生体积上的缩减作用是不可避免的。另外，大体积混凝土由于其断面较厚，其散发出来的热量就会聚集在结构物内部不易散发出来，因而更会导致混凝土内部温度有较大的上升，更为加剧混凝土的开裂。最后，随着高层建筑大体积混凝土龄期的增长，弹性模量也会随着增高，对混凝土内部降温收缩的约束也越来越大，以至于产生了非常大的拉应力导致开裂。因此，一般都是认为水泥水化热是大体积混凝土温度裂缝出现的主要因素[2]。

2.高层建筑大体积混凝土开裂的预防

2.1加强大体积混凝土的温度控制

大体积施工温度控制的内容主要有以下几方面：（1）原材料的预冷却，（2）浇筑时的温度控制，（3）浇筑层的厚度与浇筑方法，（4）采取的养护手段、后期保护等，其中以混凝土的养护方法起主要作用。高层建筑大体积混凝土的温度的控制措施不但要符合温度控制的相关要求，还应计算出混凝土相应的温度应力，两方面需要配合才能更好的预防混凝土的开裂的发生与发展。在混凝土入模时，应选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，夏季可采用低温搅拌混凝土，对骨料进行护盖遮阳，也可适当掺加缓凝型减水剂。在混凝土浇筑后，应缓慢降温，充分发挥徐变特性，冬季保温覆盖，夏季防止曝晒，消除温度梯度。

2.2水泥的选用

水泥的水化热是产生大体积混凝土裂缝的重要原因，所以必须选用水化热较低的水泥配制混凝土，这是控制混凝土温升最佳方法。较低水化热的水泥如粉煤灰水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。有资料表明，在混凝土中掺加掺加一定量的粉煤灰，不但可以改善混凝土的粘聚性和可泵性，还可节约水泥用量，每增减10k水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1度。另外，选用粒径较大的骨料，降低水灰比均可降低水泥水热化程度[3]。

2.3骨料与外加料的选用

在大体积混凝土中，若骨料中含泥量偏多，不仅增加了混凝土的收缩变形，而且严重降低了混凝土的抗拉强度，对抗裂的危害性很大。因此在施工时用清水冲洗，这样既减少含泥量同时又可以降低因暴晒而升高粗骨料的温度，进而使混凝土的温度也降低。

外加剂的选择要求具有缓凝、减水、减小混凝土的坍落度损失、明显改善混凝土的可工作性、显著改善混凝土的耐久性等特点，选用优质外加剂可减少拌和用水及水泥用量，降低了混凝土水化热。

2.4掺入合成纤维法

在许多工程实践中证明，掺合纤维混凝土是解决混凝土因收缩而引起微裂的有效手段。在混凝土中加入较低掺量水平的合成纤维，可减少和防止混凝土在浇筑后早期硬化阶段的塑性收缩裂缝和微裂纹，也可以减少和防止混凝土硬化后期产生干缩裂缝及温度变化引起的微裂纹，从而改善混凝土的防渗、抗冻、抗冲击等性能[4]。

2.5加强浇筑后的养护和监控

混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。好的早期养护方法可以起到最大程度避免自生收缩和干燥收缩发生的目的。高性能混凝土的水泥水化速度非常快，如果持续有外来水分供应水化反应，则混凝土内毛细管将不会形成弯月面，因此消除了自生收缩。混凝土浇筑初凝后，用塑料薄膜将其覆盖严实，保持水分和热量。另外，还需要合理设置温度测试点，通过监控及时掌握混凝土温度动态变化，及时调整温控措施。

3.结论

大体积混凝土开裂是困扰建筑业多年的质量通病，然而在其设计之初，专业人员已经计算过荷载量，所以其受作用外力产生开裂的可能性不大。因此，水泥水化释热产生的温度变化以及混凝土收缩产生的内应力则成为其开裂的主要因素，这是大体积混凝土结构施工中必须解决的问题。保证大体积混凝土不开裂是一项重要的技术课题，还需要更多的理论和实践来进行探讨，在施工中必须坚持科学的态度，因地制宜，切勿生搬硬套。 [科]

【参考文献】

[1]张潞斌.大体积混凝土裂缝产生原因及防治措施[J].山西建筑，2008，34（8）：164.

[2]韦祝.浅谈混凝土的施工温度与裂缝[J].中国高新技术企业，2009，（15）：13.

[3]拉毛措.浅谈桥梁大体积混凝土裂缝施工控制方法[J].华章，2008，（8）：149.

[4]邵彩军.浅谈大体积混凝土温度裂缝控制措施[J].山西建筑，2008，34（1）：150.