浅谈大体积混凝土裂缝成因及控制措施

马中华

摘要：随着现代建筑业的大发展，大体积混凝土的应用也越来广泛，大体积混凝土施工中裂缝问题是其最为焦点的问题，本文在对裂缝的类型及产生的原因分析的基础上，从设计、施工、选材三个方面提出了对应的管理控制措施并作了具体阐述，以确保大体积混凝土施工质量。

关键词：大体积混凝土；裂缝；成因；控制措施

近年来，随着我国经济和建筑技术的迅速发展，建筑物的规模不断扩大，高层建筑、大型现代化技术设施和构筑物不断增多，大体积混凝土逐渐成为其重要的组成部分。由于大体积混凝土体积庞大、一次性混凝土浇筑量大、工程施工条件复杂，如果施工措施不力极易产生不同程度、不同形式的裂缝。而一旦产生裂缝，特别是基础贯穿裂缝出现在重要部位，危害极大，她会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，同时可能会危害到建筑物的安全使用。找寻裂缝形成的原因采取有针对性地预防和控制措施已成为工程技术人员普遍关注的问题。

1.混凝土裂缝的形成及分类

钢筋混凝土裂缝按其形成的原因可以分成两大类：一是结构型裂缝，是由荷载引起的裂缝。二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的裂缝。大量实践表明属于荷载引起的裂缝约占20%，而属于非荷载引起的裂缝约占80%。常见的裂缝主要分为收缩裂缝和温度裂缝。

2.大体积混凝土裂缝形成的主要原因

2.1水泥水化热的影响。水泥在水化过程中要产生一定的热量，这是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土构件断面较厚，水泥发出的热量聚集在结构物内部不易散失，这就使混凝土内部温度升高，而混凝土表面温度为室外环境温度。内外温度不同将导致自身膨胀不同，在混凝土内部产生压应力，在面层产生拉应力。如果温差超过25℃，则表层混凝土所造成的拉应力将要超过混凝土极限抗拉强度，在混凝土构件的表面就可能产生裂缝，极易危害构件的安全性。

2.2外界温度变化的影响。当外界温度下降或升高时，可能使混凝土内外产生较大的温差，也易导致混凝土裂缝的产生。在这种情况下，研究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，就显得更为重要。

2.3混凝土收缩变形的影响。混凝土收缩裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩、自收缩和温差收缩四种。塑性收缩主要指在混凝土硬化之前，处于塑性状态，硬化初期主要是水泥、石子在凝固结硬过程中产生的体积变化。干燥收缩主要是由于水泥、石子的脱水收缩。自收缩指混凝土浇筑后，密闭的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低，造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压，因而引起混凝土的自收缩。温差收缩主要是由于水泥的水化过程中产生温差所引起。

2.4混凝土构件模板的拆除所造成的影响。在拆除混凝土构件的模板时，如果没有达到承重梁、板的必要养护时间，混凝土的抗拉、压强度均较低，在上部荷载作用下，从而易使混凝土梁、板的下部在受拉情况下被拉裂，而形成承重裂缝。

2.5化学反应的影响。混凝土中碱与硅酸盐骨料反应，加水拌和混凝土时，水泥中的碱不断溶解，这些碱液与活性氧化硅起化学反应，析出胶状的硅胶。硅胶从周围介质中吸水膨胀，其体积可增大3倍，而使混凝土胀裂，其特点是裂缝中充满白色胶体，表面裂缝常有白色沉淀的胶体，呈杂乱的地图状。

2.6不均匀沉降的影响。基础设计的主要依据是工程地质勘察报告。任何一个地质勘察，其结果都是近似的。当设计假设模型与地质实际不符等情况出现时，都很可能出现不均匀沉降。同时，由于上部建筑物荷载不同，也会产生不均匀沉降。这种不均匀沉降对混凝土就产生拉应力，当应力超过混凝土极限拉应力值时，将会产生裂缝。这种裂缝一旦出现则非常严重，可能危及建筑物的安全和使用。

3.大体积混凝土裂缝预防及控制措施

3.1设计控制措施

在设计时采取合理的结构形式和合理的分块。大体积混凝土工程施工中如果允许设置水平施工缝，应根据温度裂缝的要求进行分块，且设置合理的连接措施。（2）尽可能选用强度等级低的混凝土，充分利用后期强度，选用混凝土强度等级宜在C20～C35范围内，避免采用高强混凝土。水泥用量不超过380kg/m³。（3）合理设置分布钢筋，尽量采用小直径、密间距布置，采用直径8mm～14mm的钢筋和100mm～150mm间距是比较合理的。全截面配筋率不小于0.3%，宜在0.3%～0.5%之间。受力筋能满足构造要求的，不再增加温度筋，构造筋不能起到抗约束作用的，应增配温度筋变截面处配置加强分布筋。（4）考虑到基础出同时受到地基和桩基的约束，宜在基础下底面混凝土垫层上设置滑动层来减小其约束，降低混凝土内部的约束应力，如采用一毡二油的做法等。

3.2材料选择控制措施

（1）尽量选用低热或中热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥）或利用混凝土的后期强度（90 d～180 d）以降低水泥用量减少水化热（因为每加减10 kg水泥温度会相应增减1℃水化热与水泥用量成正比）。在条件许可的情况下应优先选用收缩性小或具有微膨胀性的水泥。另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率。（2）适当掺加粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应减少新拌混凝土的泌水等。（3）选择级配良好的骨料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%～83%，因此在选择骨料时应选择线性膨胀系数小、弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。一般来说可以选用粒径4 mm～40mm的粗骨料尽量采用中砂，严格控制砂、石子的含泥量（石子在1%以内砂在2%以内）；控制水灰比在0.6以下。还可以在混凝土中掺缓凝剂减缓浇筑速度以利于散热。另外还可以考虑在大体积混凝土中掺加坚实无裂缝、冲洗干净、规格为150 mm～300 m的大块石。掺加大块石不仅减少了混凝土总用量，降低了水化热；而且石块本身也吸收了热量使水化热能进一步降低对控制裂缝有一定好处。（4）加入适量外加剂，适当选用高效减水剂、缓凝剂和引气剂，这对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量改善新拌混凝土的和易度，提高混凝土的抗裂性能。

3.3施工方法控制措施

3.1.1制定合理的施工方案。混凝土的施工方案主要是确定一次浇筑的数量、施工缝间距、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣方式，选择正确浇筑的顺序和浇筑方案。为有效降低混凝土内外温差常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑和分段跳仓浇筑法两种。分层浇筑法日前有全面分层法、分段分层法和斜面分层法。一次浇筑长度较长时设置垂直施工缝、厚度较大时分层设置施工缝。施工缝应设置在变截面处或承受拉、剪、弯应力较小部位。

3.1.2混凝土的拌制过程中，要严格控制各种材料计量准确，严格控制水灰比、沙石的含泥量、水泥外加剂的用量。同时严格控制混凝土出机塌落度；要尽量降低混凝土拌合物出机口温度，拌合物可采取以下两种降温措施：一是送冷风对拌和物进行冷却，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的温度控制在6℃左右。

3.1.3合理进行温度控制。对于大体积混凝土的温度控制，主要考虑三个特征值：入模温度、最高温度及养护温度。入模温度控制混凝土的入模温度取决于各种原材料的初始温度，主要方法是施工时加冰冷却拌合水、骨料、水泥，尽量选择较低气温时段浇筑砼：在混凝土运输工具上覆盖麻袋，并经常喷洒冷水降温。最高温度控制在混凝土内部预埋水管，利用冷却水管内流通的制冷水带走大体积混凝土内部积聚的水泥水化热，削减浇筑层水化热温升。这种方法因具有适用性和灵活性，以及能够控制整个结构物内部温度，所以在国内外得到广泛应用。养护温度控制大体积混凝土的裂缝，特别是表面裂缝，主要是由于混凝土中产生了温度梯度。为了使大体积混凝土的内外温差降低，可采用混凝土表面保温的方法，使混凝土内外温差降低。常用的保温材料有模板、草袋、湿砂、锯末等，保温材料不仅要放置在混凝土的表面，还要注意结构物四周的保温，保温时间不少于28天。

3.1.4加强施工温度监测。对大体积混凝土内部各部位进行温度跟踪监测，可以及时准确地掌握混凝土各个部位的温度变化，以便采取处理措施降低内部温度，保证工程质量。混凝土温升最快的阶段在浇筑后的1～5d，在这段期间，宜每30 min读取数据一次，以后数据的读取时间可以延长，建议在混凝土浇注后的6～20d，每3 h读取一次数据，浇注后的21～30d，每6h读取一次数据。测温过程中，当发现内外温差超过25℃时，应及时加强保温或延缓拆除保温材料，以防混凝土产生温差应力和裂缝。

4.结束语

大体积混凝土的开裂是目前建筑业界普遍面临的问题，本文在对大体积混凝土裂缝的类型及产生原因分析的基础上，从设计、施工、选材三个方面提出对应的管理控制措施。在大体积混凝土施工中，只要严格按规范规定施工，认真积极地探索裂缝产生的原因再加上严格的施工管理，才能有效地防止裂缝的发生，使大体积混凝土施工质量得到很好的保障。