大体积混凝土裂缝的分析及防治

陈德钢

摘要：所谓大体积混凝土，一般理解为尺寸较大的混凝土，美国混凝土学会给出了大体积混凝土的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度地减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。大体积混凝土施工中常见的裂缝主要有表面裂缝、贯穿裂缝、施工不当引发的裂缝和原材料使用不当引发的裂缝，预防和控制大体积混凝土裂缝工作更是一项系统工程，涉及设计、原材料的选择、施工工艺和养护等多方面。所以如何采取有效措施防止大体积混凝土的开裂，是一个值得关注的问题。接下来主要针对大体积混凝土裂缝产生的原因和预防策略进行阐述。

关键词：大体积混凝土；裂缝；成因；防治

引言

随着我国经济的快速发展，大体积混凝土广泛应用在大型桥梁、高层建筑和超高层建筑等大型工程中。但是，大体积混凝土结构在施工过程中，容易产生表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝等问题。当裂缝达到一定程度时，会对建筑本身的力学性能产生作用，削弱混凝土的整体性及承载能力，导致混凝土本身的质量问题，以及更严重的后果。如何有效地控制大体积混凝土裂缝的产生，是当前混凝土工程的一个重点和难点。探究混凝土工程裂缝的成因机理和对策基于现实需求，具有重要的现实意义。

1大体积混凝土裂缝成因

1.1表面裂缝产生的原因

大体积混凝土施工中出现的表面裂缝主要由温度变形导致，所谓温度变形是指随着混凝土温度的升高或降低体积发生膨胀或收缩的现象。由于大体积混凝土在施工过程中的截面积和水泥用量都较大，通过浇筑，大量的水泥可放出较多的水化热，由此混凝土的温度快速升高。但是混凝土本身具有导热效果差的特点，加之体积过大，那么在低散热效果的影响下，混凝土内部水化热反而容易积聚、不宜发散，相应的外部散热较快，由此使大体积混凝土表面产生一定的拉应力，当温度达到一定高度时，表面拉应力就会超过混凝土的抗拉强度，从而导致混凝土表面产生裂缝。

1.2贯穿裂缝产生的原因

水泥水化热反应结束之后，混凝土仍在不断散热，由此大体积混凝土从升温阶段逐步过渡到降温阶段，体积随之逐渐减小。混凝土内部热量主要是由表面往外散发的，因此，在降温阶段混凝土温度呈现的状态仍然是中心高、表面低。这种混凝土中心和表面部分温度下降程度不一致的状态，使得混凝土内部存在较大的约束，同时，地基和边界条件对混凝土的收缩情况也会产生一定的约束力。在这种强化约束力作用下，混凝土收缩过程中便会产生一定的拉应力，随着大体积混凝土使用时间的增加，其约束强度也日益变大，久而久之便会引起大体积混凝土贯穿裂缝的产生。

1.3混凝土收缩的影响

在大体积混凝土构件浇筑完毕后会在自然力如风、光照等的作用下表面失水，从而引起混凝土表面的硬化收缩，这种收缩的形式一般可以细化为塑性收缩和干缩，其中塑性收缩是发生在浇筑后的四五个小时之内，这种收缩力会受到混凝土内部的粗骨料以及钢筋的阻抗而在内部产生拉应力，当这个拉应力大过混凝土抗拉强度就会产生沿着钢筋方向的裂缝，一般这种裂缝深度较深；而干缩是由于混凝土表面失水速度过快，远远大于混凝土内部失水速度，因此表面收缩量较大，当这种收缩力大于其抗拉强度时就产生了沿着混凝土构件表面的不规则裂缝。

1.4混凝土内外温差的影响

构成混凝土的主要材料水泥本身会产生大量的水化热，在混凝土浇筑完毕后其内部会产生一系列的化学反应，这些都导致了在混凝土结构的内部温度的上升，另外一方面由于大体积混凝土厚度较大，传热系数低，外部与外界环境接触，很快达到环境温度，而大量的热积聚在内部无法散发，这就形成了较大的内外温差，这种温度梯度使混凝土内部膨胀而外部收缩，当拉应力的作用大于混凝土的抗拉强度就会产生裂缝，而且这种裂缝较为常见，并危害很大，必须采取措施尽量消除。

2大体积混凝土裂缝防治对策

2.1选择合理的组成材料

混凝土内的矿物质成分决定其品种和用量以及释放温度的大小及速度。构成水泥的铝酸三钙（C3A）、硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙这四种水泥矿物的发热速度、发热量依次由高到低排列，但发热速度和发热量不一定成正比，如水泥的结构越细腻，往往发热速率较快却无关于最终的发热量。通过调整混凝土的后期强度，可以达到有效降低水泥使用量的目的。

2.2外加剂的使用

混凝土中存在大量的毛细孔道，水蒸发后会使毛细管中产生张力，导致混凝土干缩变形。若增大毛细孔径可降低表面张力，但会影响混凝土强度，这早已在60年代就被国际同仁广泛认同，称之为表面张力理论。其次，除了水灰比，水泥的使用量也与混凝土收缩率息息相关，若混凝土缓凝时间适当，可以控制因水泥长期不凝而带来的塑性收缩。

选择正确的组成材料的基础上，通过掺加粉煤灰和矿渣粉，可以明显减少大体积混凝土浇筑内部的温度升高速率，有效控制裂缝的形成。之前，我国大部分地区都是采用单掺配制技术，这种技术下的水泥使用量高且混凝土内部温度高，随着矿渣粉的盛行，双掺技术的使用则大大改善了这种局面。除此之外，诸如聚羚酸类等高效减水剂在工程实践中应用广泛，不仅大大减少了混凝土水泥的用量，而且有效控制混凝土的收缩，减少裂缝，是行之有效的技术手段。无论是双掺技术还是高效减水剂的使用，都是通过调整混凝土的配合比，提高其密实度，增加其耐久性，控制混凝土裂缝生成。

2.3实现温控信息化施工

国家颁布的《混凝土结构工程施工及验收规范》，虽然系统地归纳总结了典型施工案例的实践经验，随之形成了与测温点设置的有关规定，但是没有详细说明，大体积混凝土测温点的设置在具体项目施工过程中依旧存在许多盲点。通过对相应点位的温度测温，实现混凝土溫控信息化施工，可以对相应点位的温度变化进行控制。

2.4增强施工过程的监督

原材料控制建筑项目的施工方式，施工人员则决定施工质量。混凝土浇筑过程中，管理人员要加强对施工人员的监督，避免怠工，合理安排施工工序。混凝土浇筑过程中，合理缩短混凝土分块长度，加强对其振捣控制以保证混凝土内部组织密实，实现混凝土极限拉伸值的提高。

2.5深层裂缝和贯穿裂缝控制

一般来说，大体积混凝土的裂缝可以分为三种：即表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。除了表面裂缝对于混凝土的影响较小外，深层裂缝和贯穿裂缝对于建筑施工中大体积混凝土的耐久性和结构应力影响较大，导致安全隐患，因此必须及时做好防护措施。对于深层裂缝和贯穿裂缝，除了采取凿除裂缝，还可以通过风镐、风钻以及其他人工行为，将裂缝凿除直至消失后，再在梯形凿槽断面上浇筑混凝土即可。

2.6混凝土养护

塑性收缩裂缝长期困扰着混凝土路面、桥面或地面施工。曾经，为了避免塑性收缩裂缝，针对混凝土表面失水量大问题，一般采用二次收浆法，并进行混凝土养护。而随着工程经验的日渐丰富，混凝土性能得到大大改善，较少出现泌水问题，但是若遇到大风和高温的情况，其水分子会大量蒸发，需要在终凝前再次抹面闭合裂缝，抑制塑性收缩裂缝生成。通过养护，可以防止混凝土早期表面失水，同时补充混凝土早期水化需要的水分，有助于水泥水化的进行。

3结论

由于大体积混凝土刚度较大，并且因为它往往属于地下工程，裂缝的存在将严重影响正常使用，分析裂缝产生的原因中可知温度变化所引起的裂缝是建筑工程大体积混凝土施工过程中的主要裂缝。在施工时一定要严格把关，做好混凝土早期养护及其预防发生的措施，把混凝土的裂缝减少到最低限度，以避免危害结构的裂缝的产生。

参考文献

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