大体积混凝土裂缝成因及防控措施

2014-08-15张德恒刘琳泰山职业技术学院山东泰安271000

安徽建筑 2014年2期

张德恒，刘琳（泰山职业技术学院，山东泰安 271000）

0 引述

随着建筑技术的不断进步和提高，大体积混凝土越来越多的应用在现代建筑中，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。大体积混凝土具有形体复杂、配筋较密、施工技术和施工组织复杂、水化热作用影响大的特点，在施工和使用过程中易产生裂缝，严重的会影响建筑物的结构安全和正常使用。对大体积混凝土裂缝的成因和防控措施进行研究探索，已经成为设计施工中的一项重要课题。

1 大体积混凝土裂缝的成因

1.1 温度应力引起的裂缝

水泥在水化过程中要产生大量的热量，每立方米混凝土能产生17500kJ～27500kJ的热量，且大部分在混凝土浇筑后的7d内释放。由于大体积混凝土体积大，大量的水化热聚集在结构内部不易散发，使混凝土内部的温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成了较大的内外温差。较大的温差造成混凝土内部和外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土内部产生温度应力和温度变形。温差越大，温度应力也越大，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。这是大体积混凝土易产生裂缝的主要原因。

另外，施工期间外界气温的变化对大体积混凝土的裂缝形成也有较大影响。外界温度下降，尤其是骤降，会大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积混凝土出现裂缝。因此控制混凝土表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。

1.2 收缩变形引起的裂缝

混凝土在逐渐散热和硬化过程中会导致其体积的收缩，对于大体积混凝土，这种收缩更加明显。当混凝土收缩产生的应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会在混凝土中产生收缩裂缝。常见的收缩裂缝有自身收缩裂缝、塑性收缩裂缝、干燥收缩裂缝。

自身收缩是混凝土收缩的主要来源，它是因为水泥水化消耗水分造成凝胶孔的液面下降形成弯月面，产生所谓的自干燥作用，导致混凝土体的相对湿度降低及体积减小而最终自身收缩，从而产生收缩裂缝。水灰比对混凝土自身收缩影响比较大，另外，自身收缩主要发生在混凝土拌合后的初期。

塑性收缩也是混凝土收缩的一个主要来源，在水泥活性大、混凝土温度较高或水灰比较低的情况下，混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处在塑性状态，稍微受到一点拉力，混凝土表面就会出现部分不规则的裂缝。所以混凝土浇筑后要及时进行覆盖养护。

1.3 沉降引起的裂缝

建筑物基础、地基承载力不足产生的沉降变形或所受的荷载差别过大，建筑物刚度差别悬殊，在结构内产生拉应力而导致结构开裂，称为沉降裂缝。另外，模板刚度不足、模板支撑间距过大，或支撑底部松动等也会导致混凝土产生沉降裂缝。

1.4 安定性裂缝

安定性裂缝表现为龟裂，主要是因水泥安定性不合格引起的。

2 大体积混凝土裂缝的防控

大体积混凝土的裂缝破坏结构的整体性，降低建筑物的耐久性和防水性，甚至影响结构安全，危害严重，必须加以控制。

2.1 设计控制措施

①在大体积混凝土结构设计中，采用平衡配筋方式，对于总拉应力大、结构薄弱、刚度变化大等部位要适当增加配筋率，以增大抗拉强度。

②在大体积混凝土结构设计中，尽可能的使大体积混凝土内部钢筋布置均匀，避免由于出现约束不同，导致混凝土开裂；要尽可能使结构体型均衡，以防止刚度差异造成应力集中现象发生。

③提高钢筋和混凝土之间的粘结强度，在大体积混凝土中宜选用螺纹钢筋而不是光圆钢筋，以增大粘结作用；宜用较细直径钢筋而不宜用较粗直径钢筋以增大粘结面积。

2.2 原材料的选用

2.2.1 水泥的选用

大体积混凝土裂缝产生的主要原因是水泥水化过程中释放了大量的水化热。因此，在大体积混凝土工程中，尽量选用低水化热或中水化热的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥等。同时，尽量降低混凝土中水泥用量，减少水化热产生的热量，以降低混凝土的温升。

2.2.2 骨料的选用

粗骨料的级配应尽量选用连续级配，且在保证混凝土可泵性的前提下，应选用大粒径的骨料，以降低混凝土的温度；细骨料选用细度模数在2.6～2.9之间的中、粗砂，能有效减少混凝土的水泥用量与用水量，降低混凝土的温升；同时，严格控制砂、石子的含泥量（石子在1%以内，砂在4%以内）。

2.2.3 掺加粉煤灰

粉煤灰的水化热远小于水泥，在大体积混凝土中掺加粉煤灰，可以减少水泥用量，改善混凝土的和易性，有效降低水化热。粉煤灰的产量一般为10%，也可通过试验确定。

2.2.4 外加剂的选用

选用缓凝减水剂，可以抑制水泥水化作用，降低水化温升，外加剂的缓凝作用可以使水泥水化放热速率减慢，有利于热量消散和混凝土温升的降低，利于防裂。

2.3 施工控制措施

2.3.1 进行温度控制

控制混凝土的入模温度，最高浇筑温度应控制在35℃以内。可采用降温法降低混凝土的浇筑温度，主要做法是骨料拌合前用冷水冲洗，混凝土拌合用水采用冷水。再就是在混凝土内部预埋水管，利用冷却水管里流动的冷却水带走大体积混凝土内部积聚的水泥水化热，进而控制结构物内部的温度。在混凝土浇筑结束之后，为使大体积混凝土的内外温差降低，可采用混凝土表面的保温方法，在表面覆盖土工布、麻袋等。

做好温度量测和温度监测，随时控制混凝土内的温度变化情况。混凝土中心温度与混凝土表面温度之间的差值，以及混凝土表面温度与环境最低温度之间的差值，均应小于25℃。根据温差值及时调整保温和养护措施，使混凝土温度梯度和温度不至过大，以有效控制有害裂缝的出现。

2.3.2 采用合适的混凝土浇筑方法

采用分层法浇筑混凝土，分层的目的是加快水泥水化热的散发，减少温度应力。分层的方法主要有全面分层法、斜面分层法和分段分层法三种。全面分层法适用于结构平面尺寸不大的工程，斜面分层法适用于结构长度大于厚度3倍的工程，分段分层法适用于厚度较小而面积或长度较大的工程。分层厚度一般为0.6m～1.0m，分块尺寸最大为30m左右。在混凝土浇筑过程中要控制好振捣时间、移动距离、插入深度，严防露振及过振，确保振捣密实。

2.3.3 做好混凝土养护

在混凝土浇筑结束后，应做好表面长时间的保温保湿养护，延缓表面降温速度，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”，以减低温度应力。夏季应经常洒水养护，以保持混凝土表面湿润为原则，模板上也应经常洒水。冬季应采取保温覆盖措施，以免发生急剧的温度梯度。