大體積混凝土裂縫防治

向 魯 裴克珺

1 概述

近年來混凝土結構因其材料廉價物美、施工方便、承載力大、可裝飾強等特點日益受到人們的歡迎，于是大體積混凝土逐漸成為構成大型設施或構筑物主體的重要組成部分。所謂大體積混凝土，我國的《混凝土結構工程施工及驗收規范》認為，建筑物的基礎最小邊尺寸在1 m～3 m范圍內就屬于大體積混凝土。但是大體積混凝土經常會出現裂縫，所以如何采取有效措施防止大體積混凝土的開裂是一個值得關注的問題。

總體說來，大體積混凝土裂縫一般可分為以下兩種形式:

1)貫穿性裂縫。這種裂縫特征是由交界面向上延伸，靠近基底最大而在上部較小，嚴重的會破壞結構的整體性、耐久性、防水性和穩定性等，影響正常使用，危害嚴重，其產生的原因是溫度應力作用的結果。

2)表面裂縫。這種裂縫一般產生很早，多呈不規則狀態，深度較淺，屬表面性質，表面裂縫易產生應力集中，能促使裂縫進一步開展。

從控制裂縫的觀點來講，混凝土表面裂縫危害較小，而貫穿性裂縫危害很大，因此在大體積混凝土施工中，重點是控制混凝土貫穿性裂縫的開展。

2 混凝土裂縫形式和成因

大體積混凝土結構的裂縫發生是由多種因素引起的，主要因素如下。

2.1 水泥水化熱的影響

水泥水化過程中放出大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7 d左右，從而使混凝土內部溫度升高，尤其對于大體積混凝土來講，這種現象就更加嚴重。因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產生裂縫。

2.2 混凝土收縮的影響

混凝土在空氣中硬結時體積減小的現象稱為混凝土收縮。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮三種，在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結硬過程中產生體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發而引起的干縮變形。

2.3 外界溫度濕度變化的影響

大體積混凝土結構在施工期間，外界溫度的變化對大體積混凝土裂縫的產生有很大的影響，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也就越高，如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內外溫度梯度，如果外界溫度下降的過快，會造成很大的溫度應力，很容易引發混凝土的開裂。

外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產生。

2.4 其他因素的影響

混凝土的配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫，一般是混凝土配合比中，粗骨料級配不連續、數量不夠，砂率及水灰比不當所造成的裂縫。

3 選擇相應的措施控制裂縫的生成

為防止大體積混凝土結構產生裂縫，除需要在施工前進行溫度計算外，還要在施工過程中采取一系列技術措施。

3.1 選擇適宜水泥和控制水泥用量

因為混凝土升溫的熱源主要是水泥在水化反應中產生的水化熱，所以選用中熱和低熱水泥品種，是控制混凝土溫升的最根本方法。

大體積混凝土大多采用礦渣硅酸鹽水泥，其水泥熟料礦物含量要比硅酸鹽水泥少得多，而且混合材料中的活性氧化硅、活性氧化鋁與氫氧化鈣、石膏的作用，在常溫下進行比較緩慢，早期強度(3 d和7 d)較低，但在硬化后期(28 d以后)，由于水化硅酸鈣凝膠數量增多，使水泥強度不斷增長，最后甚至能超過同標號的普通硅酸鹽水泥，對利用后期強度非常有利。

3.2 選擇適宜的骨料

1)一般大體積混凝土所需的強度并不是很高，所以砂石料含量比高強混凝土要高，約占混凝土總質量的85%，所以正確選用砂石料對保證混凝土質量、節約水泥用量、減小水化熱量、降低工程成本是非常重要的。大體積混凝土在選擇粗骨料時，在滿足施工條件和工藝、鋼筋間距、模板形狀的條件下，盡量選用粒徑較大、級配良好的石子。2)大體積混凝土中的細骨料，以采用優質的中粗砂為宜，細度模數在2.6～2.9范圍內。

3.3 延緩混凝土的降溫速率

大體積混凝土澆筑后，加強表面的保濕、保溫養護，對防止混凝土產生裂縫具有重大作用。保溫、保濕養護的目的有三個:第一，減小混凝土的內外溫差，防止出現表面裂縫;第二，防止混凝土驟然受冷，避免產生貫穿裂縫;第三，延緩混凝土的冷卻速度，以減小新老混凝土的上下層約束。

大體積表面保濕、保溫材料的厚度，可根據熱交換原理按下式計算:其中，δ為保溫材料的厚度，mm;h為混凝土結構的厚度，mm;λ為保溫材料的導熱系數，W/(m·K);λc為混凝土的導熱系數，可取2.3 W/(m·K);T2為混凝土的表面溫度，℃;Tmax為混凝土的最高溫度，℃;Tg為混凝土達到Tmax(澆筑后3 d～5 d)時的大氣平均溫度，℃;K為傳熱系數的修正值。

混凝土終凝后，進行蓄水養護是一種較好的方法。水具有一定的隔熱保溫作用，這樣可以延緩混凝土內部水化熱的降溫速率，縮小混凝土中心和表面的溫度差值，從而避免混凝土裂縫的開展。

蓄水養護時可按下式計算蓄水深度:

其中，hs為混凝土表面的蓄水深度，m;R為熱阻系數，K/W;λw為水的導熱系數，可取0.58 W/(m·K)。

3.4 降低混凝土澆筑溫度

一般情況下，混凝土的澆筑溫度不宜大于28℃，降低混凝土澆筑溫度的方法如下:

1)在低溫季節或環境氣溫較低的晚上、早晨澆筑混凝土。2)降低材料溫度。材料應堆放在涼棚內，避免陽光直射，或噴水冷卻集料，水泥儲罐可油漆成白色或噴水冷卻。3)加冰拌和。采用冷卻水或加冰拌和混凝土能有效降低混凝土入模溫度，用冰片代替部分水是一種常用方法。4)避免混凝土吸收外部環境熱量。運輸工具、泵送管路、攪拌機等應盡量遮陰、包覆、淋水降溫。

3.5 埋設冷卻水管

在混凝土中預埋網狀水管，利用管中循環冷水的流動來降低混凝土內部的溫度。冷卻水可利用地下水、江水、河水、自來水等各種水源，冷卻時間一般為澆筑開始初期的5 d～10 d。

3.6 摻加外加料和外加劑

摻加適量的粉煤灰，可減少水泥用量，從而達到降低水化熱的目的。

摻加適量的減水劑，它可以有效地增加混凝土的流動性，且能提高水泥水化率，增強混凝土的強度，從而可降低水化熱，同時可明顯延緩水化熱釋放速度。

3.7 對混凝土局部加強

適當地在混凝土結構中增加構造鋼筋也可提高混凝土的抗裂性能，配筋時應采用小直徑、小間距的原則。另外，還要避免結構突變產生應力集中，在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施也可達到防止混凝土裂縫的產生。

4 結語

在接待培訓中心工程的基礎混凝土施工過程中，我們采用了上述一系列措施來預防混凝土裂縫，經過近一年的考驗，未發現任何混凝土結構有害裂縫。

[1]王鐵夢.工程結構裂縫控制[M］.北京:中國建筑工業出版社，1992.

[2]李繼業.新型混凝土技術與施工工藝[M］.北京:中國建材工業出版社，2002.

[3]苑雪飛.大體積混凝土裂縫控制技術[J］.山西建筑，2011，37(14):83-84.