大体积混凝土裂缝成因与施工控制措施

严浩 杨嘉

摘要：本文针对大体积混凝土的特点，分析了大体积混凝土裂缝产生的原因和机理，从材料选用和施工方法等方面提出了有针对性的措施。

关键词：大体积混凝土；裂缝；控制措施

近年来，随着建筑业的迅速发展，各种建筑物、构筑物的形体规模也不断扩大，大体积混凝土在建筑工程中的应用也越来越广泛。由于大体积混凝土具有结构厚、体形大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点，因而在施工过程中若控制不当极易产生各种结构裂缝。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，甚至会造成经济上的巨大损失。

1 大体积混凝土的定义

关于大体积混凝土的定义，目前国内外尚无一个统一的规定。按照美国混凝土协会（ACI）的规定：“任意体量的混凝土，其尺寸大到足以必须采取措施减小由于体积变形引起的裂缝时，统称为大体积混凝土。”日本建筑学会标准（JASS5）中规定：“结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。”我国认为，大体积混凝土是指混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于lm的部位所用的混凝土。

2 大体积混凝土裂缝产生的原因

大体积混凝土自浇注开始，就要经受外界环境和其本身各种因素的作用，使混凝土中任一点的位移和变形不断地变化，从而产生了应力。当应力超过了混凝土的极限强度，或极限变形值，混凝土就要产生裂缝。具体来说有以下几方面原因。

2.1 水泥水化热是大体积混凝土中的主要温度因素

水泥在水化反应过程中产生大量的热量，而大体积混凝土结构物一般断面较厚，水泥发出的热量聚集在结构内部不易散发。通过实例监测，水泥水化热引起的温升，在水利工程中一般为15～25℃，而在建筑工程中一般为20～30℃，甚至更高。由于结构物有一个自然散热条件，实际上，混凝土内部的最高温度，多数发生在混凝土浇注后的最初3～5天。

由于混凝土的导热性较差，浇注初期混凝土的强度和弹性模量都很低，对水泥水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力自然也较小，随着混凝土龄期的增长，弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束愈来愈大，以致产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便产生温度裂缝。

2.2 外界气温变化的影响

大体积混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的。因为外界气温愈高，混凝土的浇注温度也愈高；如果外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由温差所引起的温度变形造成的，温差越大，温度应力也越大。在这种情况下，合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力就显得十分重要。

2.3 约束条件的影响

约束种类一般可概括为两类：即外约束和内约束。外约束一般指支座或其他外界因素对结构变形的约束；内约束指较大断面的结构，由于内部非均匀的温度及收缩分布，各质点变形不均匀而产生的相互约束。大体积混凝土由于温度变化会产生变形，而这种变形又受到约束，便产生了应力，当应力超过某一数值时，便引起裂缝。

3 大体积混凝土裂缝的施工控制措施

3.1 合理选择原材料，优化混凝土配合比

（1）水泥品种选择和用量控制。 水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期温升和后期降温现象。由于矿物成分及掺合料含量的不同，水泥的水化热差异较大。为了降低水泥的水化热、减小混凝土的体积变形，大体积混凝土应选用中热或低热的水泥品种，一般选用低水化热的矿渣水泥，低热的矿渣水泥比同标号的普通硅酸盐水泥的水化热可减少1/4左右。另外，在满足混凝土强度和耐久性的前提下，尽量减少水泥的用量。

（2）掺加外加料。 在混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，在混凝土用水量不变的条件下，由于粉煤灰颗粒成球状并具有“滚珠效应”，可以起到显著改善混凝土和易性的效能。若保持混凝土拌合物原有的流动性不变，则可减少单位用水量，从而提高混凝土的密实性和强度。由此可见，在混凝土中掺入适量的粉煤灰，不仅可以满足混凝土的和易性，还可以降低水化热。

（3）掺加外加剂。在大体积混凝土工程中通常都掺入一定的外加剂，一般可在混凝土中加入粉煤灰或木质素磺酸钙减水剂，如在混凝土中按水泥重量的0.25%掺减水剂，可减少10%左右的水泥。在降低混凝土成本同时，也大大改善了混凝土的性能。一方面，由于外掺剂取代了部分水泥用量，降低了水化热，从而降低了混凝土内外部的温差，有利于防裂；另一方面，这种减水剂可以缓凝，在大体积混凝土中可以避免冷接缝，提高工作性及流动性，有利于泵送。

（4）骨料的选择。保证在满足强度和施工性的前提下，应尽量增大粗细集料粒径，可减少用水量，相同水灰比的情况下，减少了水泥用量，有利于减少水化热的产生。同时，应严格控制粗细集料的含泥量，如粗细集料的含泥量过高，不仅增加了混凝土收缩，同时又降低了混凝土的抗拉强度，对混凝土的抗裂不利。在配合设计中应采用小水灰比，将水灰比控制在0.5～0.55之内，并且控制水泥用量。

3.2采用合理浇注和养护措施

（1）浇注要点。大体积混凝土的浇注，应根据整体连续浇注的要求，结合构件尺寸的大小等具体情况选用全面分层法、分段分层法、斜面分层法等方法。还要遵循大体积混凝土施工中已经形成的“分段定点，一个坡度，薄层浇注，循序渐进，一次到顶”的原则。为了减少大体积混凝土底板的内外约束，浇注前宜在基層设置滑移层。为了加强分层浇注层间的结合，可以采取在下层混凝土表面设置键槽的办法。浇注温度宜控制在25℃以下。因此，必须合理安排施工时间，尽量避免在高温时段进行混凝土浇注。同时要尽量加快施工速度、缩短浇注时间，尽量降低混凝土的浇注温度，减少结构物的内外温差，并延长混凝土的初凝时间。二次振捣是在第一次振捣后，于混凝土凝结前的适当时间再重复进行一次振捣的一项工艺。二次振捣能减少混凝土的内部裂缝，增强混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗裂性。

（2）养护措施。在每次混凝土浇注完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护。不同施工季节应选择不同的混凝土养护方法。夏季施工时，要采用草帘覆盖、蓄水、洒水、喷水等降温方法进行养护；正常气温时，可喷刷养生液养护；冬季施工时，可使用保温材料来提高混凝土的表面温度，也可用薄膜养生液、塑料薄膜等封闭料对混凝土保温、保湿，在寒冷季节可搭设挡风保温棚。混凝土的养护时间根据水泥的品种确定，一般来讲，普通水泥的养护时间为14d，矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥及掺加掺和料后的混凝土的养护时间为21d。

4结语

综上所述，混凝土的物理力学性质决定了大体积混凝土温度裂缝是不可以避免的，必须从原材料、施工、设计等方面实施质量控制，才能最大限度地预防和控制裂缝的产生，使混凝土结构工程更趋于合理、安全。避免混凝土裂缝给工程和建筑物带来不必要的损失。

参考文献：

[1]王铁梦. 建筑物的裂缝控制[M]. 上海：科技出版社，1987

[2]王铁梦. 钢筋混凝土结构的裂缝控制[J]. 安徽建筑，2001（1）：41-44

作者简介：

姓名 ：严浩 性别： 男 出生年月 ：1976.7 民族：汉

籍贯 ：河南 郑州 学历 ：硕士研究生

职称 ：工程师

单位 ：中国核电工程有限公司

研究方向 ：项目管理