试论大体积混凝土开裂的起因及防裂措施

陈美珍

0 引言

建筑工程的建设质量与人们的生活息息相关，不仅可以满足人们对美好居住条件的向往，而且关系着人们的生命财产安全。所以，建筑行业应注重提升建筑施工质量，优化升级施工技术，建造出高质量的建筑物，推动建筑行业的可持续发展。大体积混凝土在建筑施工中是较为常见的施工技术，满足了建筑行业发展的技术支持和质量保证。然而，在大量施工实践过程中，大体积混凝土施工技术依然会出现裂缝等问题，对工程外观、工程质量、工程建设进度等形成一定程度的影响。因此，非常有必要对建筑工程大体积混凝土施工技术产生裂缝原因进行研究，同时优化施工技术，有效保障建筑工程施工质量。

1 大体积混凝土概述

1.1 大体积混凝土概念

大体积混凝土，是指混凝土结构物实体最小几何尺寸＞1m 的混凝土，或预计会因混凝土中使用的胶凝材料水化而导致温度发生变化，进而出现有害裂缝的混凝土。

1.2 大体积混凝土施工特点

与其他混凝土施工相比，大体积混凝土结构厚且体积较大，所需要的施工要求较高，其包含以下几点。

1.2.1 施工过程复杂

在使用大体积混凝土技术的过程中，由于施工环境的复杂性和其他因素的原因，在施工时，可能会出现一些未知情况，这些情况不但会影响到工期进度，还会影响到项目质量。不仅如此，大体积混凝土在温度和养护方面的要求非常严格，施工时必须按照相关浇筑技术进行操作，因此增加了施工的复杂性。

1.2.2 容易出现裂缝

在建筑施工中，由于混凝土的结构体积较大，出现结构裂缝的几率也较大，这也是导致施工质量出现问题的因素。因此，需要施工部门加大控制力度，以避免大体积混凝土出现裂缝。如果混凝土的结构增大，会使其在凝固的过程中受到更多环境方面的影响。如果不能将内部热量发散到外部，将会出现水化热的现象，水化热是产生温度应力和收缩应力的原因，如果不加以处理，会导致混凝土结构表面出现裂痕，裂痕的存在会降低混凝土的整体性、耐久性和防水性。此外，随着裂痕逐渐变大，将严重影响建筑物的使用年限，为避免整体质量下降，必须做好大体积混凝土的防渗工作。由此可见，出现裂缝的主要原因是未能有效降低混凝土内部温度，使内外温差较大。大体积混凝土产生裂缝，会给建筑的结构带来一定的损害，且很难控制，在修复的时候所需要的成本更高。

2 大体积混凝土裂缝产生的主要原因

2.1 温度裂纹

在混凝土中，水泥水化放热以及太阳直射都是产生温度裂缝的原因，主要因为内外温差大，导致收缩、膨胀产生温度应力。如果温度应力大于预先设计的抗拉强度，很容易出现裂纹。一般情况下，混凝土会受到内部温度的影响，温差变大时，混凝土的内部应力也会变大。当应力超过预计的应力时，混凝土的表面会出现裂缝。依据《大体积混凝土施工规范》（GB 50496-2012），大体积混凝土主要是几何体在1m 以上的混凝土，因此，常见的高建筑楼层以及水利项目工程等都是大规模混凝土建筑。大体积混凝土的体积相对较大，因此遇到水时反应强烈，且内外部分的温度差较大，会产生明显的温度应力，进而使混凝土出现较深的裂缝。

2.2 收缩裂纹

有两种情况会使大体积混凝土产生收缩裂缝：（1）凝结，即混凝土的总量在凝固的过程中会减少，混凝土凝固时水分蒸发，水和颗粒将会慢慢结合。在大多数情况下，水泥的干燥过程以及保护过程是从表面开始的，这会导致混凝土的含水量梯度不均。当水梯度不均匀收缩时，混凝土的表面张力将会增加。当内部混凝土的压力超过抗拉强度时，会因收缩而出现裂缝的情况。（2）减少积水量也是非常重要的，当混凝土凝固时，地表蒸发大量水分，从而减少混凝土体积。在压缩过程中，表面水分会迅速蒸发，这时混凝土表面的压力会增大，因此出现压缩裂纹。若混凝土表层的拉伸力过大，甚至大于规定的极限值时，也会产生裂缝。

2.3 钢筋腐蚀

在大体积混凝土加工过程中，经常遇到混凝土结构质量下降的问题，且会出现混凝土密度不达标、缝隙过大、质量低下等现象。空气中所含二氧化碳便会渗入至其中，严重时会腐蚀到材料表面。除此之外，在钢筋被腐蚀的过程中，混凝土之间的裂缝会朝着腐蚀的钢筋方向扩展，导致整个结构被损坏。为了有效防止钢筋被腐蚀，必须加大对现浇混凝土的密度、裂缝和保护钢厚度的控制。在实际的施工过程中，增加对于混凝土施工质量的重视程度，以保证混凝土施工高质量的完成，还可以减少外部二氧化碳的渗透，提高钢材的防腐能力。

2.4 冻胀裂缝

在冬季施工过程中经常出现冻胀裂缝。当温度低于零度时，如果混凝土含水量过高，容易结冰，且混凝土体积随着时间的推移而增大，最终导致开裂。如果在低温下进行施工，要对相关的预应力孔进行测量，以确保外界温度是足够的。否则，预应力孔洞在沿管子方向固结后容易出现冻胀裂缝。冻胀开裂和温度开裂两者出现的条件差别很大，冻胀开裂的现象容易在北方地区出现，因此该地区的工程师应予以更多的关注。此外，大体积混凝土在寒冷地区经过长期的暴露后，对表面温度更加敏感，会出现局部拉伸应力变大的情况，从而产生裂缝。特别是在雷暴等极端天气条件下，由于混凝土表面温度迅速下降，但内部温度变化不明显，容易出现内外温度不平衡的现象。故而在施工的过程中，要严格控制水泥的用量。对混凝土进行养护时，要着重控制温度。若上述温度的措施得不到有效应用，那么混凝土表面会因外界环境温度的影响产生裂缝，极大程度地影响了施工质量。

3 大体积混凝土施工材料的要求

3.1 水泥

大体积混凝土结构通常热性能较差，因此在施工过程中应选用低水化热的水泥材料。本身的矿物构成以及细度是决定水泥水化反应强度的重要物质。为了减少水泥水化反应热，必须选用适当的矿物成分和粉碎程度，以便有效降低水泥的水化反应速率。由于水泥的细度会对水化反应的放热速率有较大的影响，因此要选择细度恰当的水泥材料。

3.2 活性混合材料

一般情况下会在大体积混凝土中加入适当的活性混合材料，以此来降低水泥的含量，这可以控制内部温度。其中比较常见的活性混合材料是粉煤灰，使用粉煤灰的好处有很多。（1）由于粉煤灰反应速度慢，散热的速度适中，取正确的粉煤灰代替水泥能够有效降低水泥的散热速度，使达到最高温度的时间变长。（2）粉煤灰能够改善混凝土结构的和易性，有效降低混凝土在凝结过程中的内部温度，并保持内外温度均衡。（3）粉煤灰有改善水的效果，可以有效提高混凝土结构的强度，进而降低出现裂缝的可能性。（4）粉煤灰含有大量玻璃球颗粒且硬度很高，此外，其表面积较小、水吸附能力较低，可以减少混凝土的收缩，提高混凝土强度，有效防止裂缝的出现。

3.3 外加剂的选择

在大体积混凝土中经常会用到添加剂，例如缓凝剂、曝气剂、高效水凝剂等。不同的外加剂效果不同，合理使用可以降低水化反应的强度，此外，还要保证内外散热的速率，速率均衡可以有效提升结构整体的质量，避免发生裂缝现象。

3.4 骨料的选择

在配置大体积混凝土的材料时，要严格按照规定标准，适当减少用水量以及水泥的含量，以此来降低水化反应的强度。调制骨料时要根据规定的砂率添加粗砂，不仅要注重材料的配合比，也要注意黏稠度，减少水和水泥的使用量，避免开裂。实践表明，在给定的W/C 和稠度中，所用的水泥和水相对较少时，可以有效控制水化反应的强度。

4 大体积混凝土裂缝的控制措施

4.1 准备施工技术

在进行混凝土的施工过程中，必须设置科学合理的组织步骤。工程质量部应当参照实际施工组织规划，进而制定出相关标准和方案。如果使用商品混凝土，那么要加强对商品混凝土工程的控制，以确保商品混凝土在施工过程中能够符合相关要求。在施工过程中安装适用的水电站，以保证混凝土的施工如期稳定进行。此外，还需要准备充足的混凝土养护物品，并对平面测量点的温度结构进行跟踪和预处理。

4.2 加强物资管理

依据相关规定和要求，混凝土在施工过程中要降低收缩的能力。使用的方法有：选择适当的原材料；选择低水化热水泥，可以减少加水时带来的不利因素；按照规定增减水剂；减少砂土的比例；降低水和石灰之间的比例等。在进行混凝土配置的过程当中，必须合理控制水和砂土之间的配比。对不同配比的原成分进行科学试验，结果表明，水含量越高后期混凝土凝结过程中产生缝隙的概率就越大，会降低混凝土的施工质量。混凝土开裂，可以适当降低水灰比。除此之外，在调制水泥混凝土的时候，要重点关注砂土的含量。若水量较少砂土含量较高，水灰比过小砂层过厚时，会导致混凝土的耐磨性和硬度大幅度降低。另外，若使用了添加剂，那么必须理解添加剂在材料混合中的性能。选择添加剂的种类在施工前进行试验，根据结果选择适当的添加剂。

4.3 加强大体积混凝土的温度控制

混凝土在搅拌过程中要适当降低温度，可以在水中加冰以降低水温。当天气温度较高时，可以在砂石所在的地方搭建遮阳棚，防止太阳直射，能够有效降低砂层的温度。另一方面，冷水冲击混凝土也能够有效降低温度，效果甚佳。相关人员在运输混凝土时，有必要在车的两侧安装喷水管道，使其在施工之前便拥有较低的温度。此外，在混凝土结构中嵌入冷却管，通过循环冷却水排出内部热量。要控制好混凝土的温度，温度高时适当调整温度，否则会加大出现裂缝的概率。

4.4 提高混凝土浇筑质量，加强养护管理

如图1 所示为混凝土浇筑施工现场照片，为了保证混凝土浇筑施工的质量，需要注重以下几个步骤：首先，在进行钢筋混凝土的施工时，加大对施工质量的管控，保证组装成功的钢筋骨架能够准确地放入适当位置。其次，相关人员在进行混凝土的浇筑时，先进行晃动，以便使混凝土成型后更加坚硬。混凝土浇筑后，使用振捣的方法去除混凝土中的水分和空隙，降低混凝土的裂缝。此外，还要对浇筑的混凝土进行保温、防潮等措施。夏季（高温季节）施工时，混凝土应尽早洒水养护，并用草编袋覆盖、保湿。要适当保持混凝土表面的水分，以防混凝土表面过度干燥发生裂缝。在冬季施工时，应当格外注意温度过低带来的影响，确保保温材料能够及时保护混凝土，保证混凝土的表层温度。

图1 混凝土浇筑施工图

做好后期的养护工作有利于延长混凝土的使用寿命，但由于混凝土的面积较大，因此，后期的养护工作难度较大。施工时的养护，施工人员可以在混凝土初凝与中凝之间实施二次鼓捣，或者通过排除积水来减少裂痕，在混凝土浇筑后的6～18h，要进行洒水工作，以防止内外温差较大出现裂痕。除此之外，对一些特殊区域可以进行针对性的养护，养护时间可以延长，一般来讲混凝土的养护时间在28d 左右。由于养护工作难度较大，用时较长，养护需要安排专业人员进行操作，上述措施都能够很好地养护混凝土，也可以通过分析定期养护的数据，对养护措施进行更新和改善。

5 结语

综上所述，我国建筑业的快速发展，与建筑技术的推广和创新有很大的关系。大体积混凝土是现代住宅建设中使用较为频繁的技术之一，因此，控制混凝土的结构对于房屋建设来说是非常重要的。而混凝土的结构主要会因温度变化而产生裂缝，所以可以从材料、混合比以及运输等几个方面进行控制，进一步提升大体积混凝土的施工质量，满足建筑结构的安全性和耐久性，并为现代化房屋的建设奠定坚实的基础。