浅谈高强混凝土的裂缝防治措施

李申龙

深圳市龙华区建设工程质量安全监督站（518128）

建设工程中时常涉及到大体积高强混凝土的施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。 大体积高强混凝土的开裂现象比较普遍，加之现在生产的水泥的放热速度较过去大幅提高，这使得大体积高强混凝土的温度裂缝问题更加严重。

建筑工程对高强混凝土结构的整体性要求高，要求连续浇筑。高强混凝土浇筑后的水泥水化热量高，由于混凝土体积大，水化热集聚在混凝土内部不易散发， 使得浇筑初期混凝土内部温度显著升高，而表面散热较快，这样就形成较大的内外温差，从而在混凝土内部产生压应力、在混凝土表面产生拉应力，易于在混凝土表面产生裂缝。 大体积高强混凝土温度裂缝问题是一个十分复杂的问题，对其进行预防和控制是一个重要的课题。

1 高强混凝土裂缝的产生原因

裂缝产生的原因可分为两类: ①结构型裂缝。其由外荷载引起，包括常规结构计算中的主要应力及其他的结构次应力造成的受力裂缝；②材料型裂缝。 其由非受力变形变化引起，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起[1]。 文章主要探讨了材料型裂缝的问题。

1.1 温度应力引起的温度裂缝

目前，温度裂缝主要是由温差造成的。 水泥在水化过程中产生大量的热量， 使混凝土内部的温度升高，其在1～3 d 内放出的热量是总热量的一半。混凝土内部的最高温度多出现在浇筑后3～5 d。 当混凝土内部与表面的温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。 温度应力与温度成正比，而混凝土内部的温度与混凝土及水泥用量有关， 当这种温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。 因此，防止混凝土出现裂缝的关键就是控制混凝土内部与表面的温差[2]。

1.2 收缩引起的裂缝

在水泥活性大、混凝土温度较高或水灰比较低的条件下，会加剧混凝土开裂。 因为这时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，混凝土尚处于塑性状态，稍微受到一点拉力，其表面就会出现分布不均匀的裂缝；出现裂缝以后，混凝土体内的水分蒸发进一步加剧，于是裂缝进一步扩展。

1.3 设计不合理引起的裂缝

混凝土设计钢筋含量偏低、间距过大,钢筋不能有效抵消混凝土内部的拉应力，从而导致裂缝。 在钢筋周围的混凝土，因受到约束而不能很自由地发生形变。 如果钢筋直径偏大，则约束很强，钢筋周围的混凝土将产生很大的应力。 另外， 设计的混凝土保护层过薄也易使混凝土表面出现裂缝。 同时，混凝土强度高，则约束增强，也是造成混凝土表面产生裂缝的重要原因[3]。

1.4 选用材料不合理引起的裂缝

水化热主要是水泥中矿物组份在水化过程中所放出的热量。因此，选用合适的水泥对预防混凝土产生裂缝至关重要。 选用中、低热水泥或大坝水泥有利于降低水化热， 但低热水泥的收缩性较高，且价格高于普通水泥。 骨料的品种、粒径对混凝土收缩也有很大影响。 骨料的粒径大，混凝土收缩小，有利于混凝土水化热散发，但不利于混凝土强度的提高，特别是高强度混凝土。

2 防止裂缝产生的措施

由以上分析可知，材料型裂缝主要是由温差和混凝土收缩引起，所以为了防止裂缝的产生，就要最大限度地降低温差和减小混凝土的收缩，具体措施如下。

2.1 优选原材料

2.1.1 水泥

由于温差主要是由水化热引起，所以为了减小温差就要尽量降低水化热。 为了降低水化热，就要尽量采用早期水化热低的水泥，或者在保证强度等级的条件下尽量减少水泥用量。 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[4]。

2.1.2 掺加粉煤灰

为了减少水泥用量、 降低水化热并提高和易性，可以用粉煤灰代替部分水泥。 掺入粉煤灰主要有以下作用:①由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量为40%～60%，三氧化二铝含量为17%～35%， 这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；②由于粉煤灰颗粒较细，使其参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少[5]。

由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。 因此，粉煤灰的掺量不宜过多，在工程中应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。

2.1.3 骨料

尽量使用粒径较大的粗骨料，因为粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米的水泥砂浆用量和水泥用量就越小，水化热就随之降低，对防止裂缝的产生有利。 宜采用级配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因为其孔隙率小、总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热就低，裂缝就减少；另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗沙。 骨料在大体积高强混凝土中所占比例一般为混凝土体积的80%～83%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。

2.2 加入外加剂

加入外加剂后能减少混凝土收缩开裂的概率。外加剂对混凝土收缩开裂性能有以下影响。

2.2.1 减水剂对混凝土开裂的影响

减水剂的主要作用是改善混凝土的和易性、降低水灰比、提高混凝土强度，或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量。 水灰比的降低、水泥用量的减少，对防止混凝土开裂十分有利。

2.2.2 缓凝剂对混凝土开裂的影响

缓凝剂的作用: ①延缓混凝土放热峰值出现的时间， 由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时， 混凝土强度也增大了，从而减小了裂缝出现的概率；②改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。

2.2.3 引气剂对混凝土开裂的影响

引气剂对改善混凝土的和易性、可泵性以及提高混凝土的耐久性能十分有利，在一定程度上提高了混凝土的抗裂性能。

2.3 采用合理的施工方法

2.3.1 混凝土的浇筑、拆模

混凝土浇筑过程质量控制。 浇筑过程中要进行振捣，以使混凝土密实。 振捣时间以表面泛浆为宜，间距要均匀，以振捣力波及范围重叠1/2 为宜。 浇筑完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。 另外，混凝土要分层浇筑、分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。 避免存在纵向施工缝，以提高结构的整体性和抗剪性。 振捣棒要做到“快插慢拔”，在振捣过程中，宜将振动棒上下略有抽动，以使振动均匀。

2.3.2 混凝土拆模时间控制

混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设计强度的75%以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25 ℃以内， 预计拆模后混凝土表面温降不超过9 ℃以上时允许拆模。

2.3.3 养护

混凝土养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。 养护中要保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土的内外温差，促进混凝土强度的正常发展及防止裂缝的产生。

混凝土浇筑完后，在其表面应立即覆盖清洁的塑料膜。 初凝后撤去塑料膜，然后用浸湿的粗麻布覆盖，并经常洒水，保持潮湿状态最少7 d。

保湿养护过程中，应经常检查塑料薄膜或养护剂的完整情况，保持混凝土表面湿润。

3 结论

通过对大体积高强混凝土的配置与施工技术措施进行研究，文章主要得出了如下结论:

裂缝是大体积高强混凝土结构中普遍存在的一种现象， 在大体积高强混凝土构件中尤为明显，其出现不仅会降低建筑物的抗渗能力、影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀、混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。 因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行施工，并在施工中采取各种有效措施来预防裂缝的出现和发展。 合理选择施工材料，优化混凝土配合比，优化混凝土的供应，采用科学的施工方法，严格施工管理，加强对大体积高强混凝土的养护，就可以降低大体积高强混凝土的温度应力、提高混凝土的抗拉性能，从而减少裂缝的产生，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。