大體積混凝土裂縫成因及其防治措施分析

摘要：大體積混凝土裂縫控制是混凝土中比較常見且難以防治的結構病害。為此本文通過研究分析土木工程施工中大體積混凝土裂縫的形成成因，并對預防混凝土裂縫提出政策和建議，僅供參考。

關鍵詞：大體積混凝土 裂縫成因 防治措施

1 概述

隨著社會的發展和科技的不斷進步，與人類密切相關的各個領域都有了里程碑式的跳躍，在建筑領域，近年來，混凝土在土木工程施工建設中的地位日趨顯要，混凝土結構和鋼結構已經基本取代了磚混結構，并且由于城市規模的不斷擴大、人口的不斷增加和嚴重的土地稀有化趨勢，結構本身也趨于龐大。美國混凝土學會給出的關于大體積混凝土的概念：所謂大體積混凝土是指對于現澆混凝土，必須解決水化熱以及由水熱化引發的體積變形問題，進而減少開裂影響，符合上述條件的混凝土即為大體積混凝土。由定義可引伸出混凝土裂縫問題。長期以來，裂縫問題始終是混凝土施工中常見的技術問題。混凝土構件一旦出現裂縫，結構的承載力和耐久性會隨之削弱，重則影響建筑物的安全使用。施工單位嘗試了很多防止裂縫的方法，但治標不治本，混凝土裂縫現象仍時有出現，大體積混凝土的裂縫問題尤為突出。因此，大體積混凝土裂縫防治問題已是建筑界的焦點問題。

2 混凝土裂縫的成因

根據裂縫成因，可將其分為兩類，一類是由外荷載引發的結構型裂縫，另一類是由受力變形變化引起的材料型裂縫。其中，材料型裂縫成因包括四點：

2.1 澆筑混凝土時。水泥在灌注混凝土時會釋放大量水化熱，受混凝土導熱性的影響，水化熱在構件內部進行了大量的積聚進而導致溫度不斷升高，在構件內部與構件外部形成溫度差，進而在構件的表面出現拉應力，隨著拉應力的逐步增大，當超出混凝土本身的抗拉強度的極限時，就會在構件的表面產生裂縫。

2.2 混凝土在后期硬化過程中，隨著溫度的逐漸降低，在受到老混凝土約束的影響，在新澆筑混凝土構件的內部會出現拉應力。另外，隨著外界環境氣溫的下降，拉應力也會出現在混凝土的表面，當混凝土的抗裂能力小于這些拉應力的合力時，混凝土構件便會出現裂縫。

2.3 當混凝土內部和表面的濕度變化差距較大時，這時混凝土便會形成很大的收縮應力，如果收縮應力超過混凝土抗拉強度的極限時，混凝土構件也會出現裂縫。

2.4 由于混凝土的抗拉強度占抗壓強度的1/10左右，所以混凝土屬于脆性材料?；炷劣捎谑艿皆牧喜痪鶆?、水灰比不穩定以及離析現象的影響，導致同一塊混凝土中形成不均勻的抗拉強度，在那些抗拉能力較低的部位容易出現裂縫。

3 大體積混凝土裂縫形成的主要防治措施

通過對上述進行分析，溫度和濕度變化是材料型裂縫的主要因素。在混凝土施工時，必須嚴格控制構件內外部溫度差以及溫濕度條件，防止構件收縮。具體措施如下：

3.1 水泥的品種選擇。在一定程度上，水泥的水化熱是造成混凝土內外溫度差的主要原因。降低水化熱是縮小溫度差的有效途徑，因此，在生產中對于早期水化熱比較高的水泥不宜選擇。礦物成分與細度構成水泥水化熱的函數，通過對水泥細度模數的調整或優化礦物組成設計來降低水化熱。例如，硅酸鹽水泥的礦物組成包括：硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）、鋁酸三鈣（C3A）和鐵相固溶體（C4AF）（詳見GB175-2007），試驗表明：C3A和C3S含量高的水泥水化熱偏高。只有嚴格控制C3A和C3S含量，才能有效降低水化熱。低熱礦渣水泥、熱硅酸鹽水泥是施工建設中常用的兩種水泥材料。此外，水化熱的放熱速率與水泥細度也有一定的關聯，因此，在水泥活性不變的前提下通過減小水泥的細度進而降低水化熱。一項權威的水化熱試驗研究結果證明：表面積每增加100cm2/g，1d的水化熱增加17J/g～21J/g，7d和20d均增加4J/g～12J/g（水泥細度檢驗試驗方法詳見GB/T1345-2005）。

3.2 骨料的選擇

3.2.1 粗骨料。在骨料的選擇上，大粒徑的粗骨料往往孔隙率低，水泥摻量少且級配優良，因此宜采用大粒徑的粗骨料作為拌合原料。水泥摻量少了，水化熱會隨之降低，混凝土構件內外溫差自然得到控制，相對而言，也能降低裂縫發生的概率。

3.2.2 細骨料。細骨料選擇那些級配優良的中砂或中粗砂?？傮w來說，在孔隙率和總表面積方面中粗砂都比較小，相對能降低水和水泥摻量，水泥水化熱得到控制，從而達到防止裂縫的目的。除此之外，混凝土的收縮變形與砂的含泥量呈正相關，含泥量越大，收縮變形就越大，混凝土構件就容易出現裂縫。鑒于此，在混凝土施工中，最好選用干凈的中粗砂作細骨料。

3.3 混凝土澆筑的過程防治

3.3.1 降低水泥用量，調整級配，優化配合比。為了進一步增加混凝土的密實度，提高混凝土的抗滲能力，不斷降低收縮值，通過將一定量的粉煤灰摻入到大體積混凝土，借助粉煤灰作為混凝土的摻合料，在一定程度上降低了大體積混凝土的水泥水化熱，進而提高了后期混凝土的強度和抗裂能力。

3.3.2 降低混凝土的出罐溫度和入模溫度。對于拌合物溫度的控制，可通過送冷風冷卻或加冰拌合兩種途徑來控制混凝土拌合物出機口溫度，新拌混凝土的溫度控制在6℃為宜。

3.3.3 振搗控制。在澆筑過程中，振搗工序一定要嚴格按操作規程操作，做到“快插慢拔”。在振搗過程中，振搗棒上下抽動，使混凝土振搗密實。插點要均勻，插點之間距離控制在500mm，離開模板距離為200mm。采用單一的行列形式，每次移動位置的距離應不大于振動棒作用半徑的1.5倍。振搗點時間掌握好，一般控制在20～30s之間，直至混凝土表面泛漿，不出現氣泡，混凝土不再下沉為止。在振搗時振搗器不得碰撞鋼筋、模板及測溫引線等。

在澆筑過程中正確控制間歇時間，上層混凝土應在下層混凝土初凝之前澆筑完畢，并在振搗上層混凝土時，振搗棒下插50mm，以消除上下兩層間的接縫。

3.3.4 澆筑方法和時間控制。對混凝土采用分層式澆注法進行澆筑。為了確保下層混凝土在初凝前充分與上層混凝土貼合，上層混凝土澆筑后采用分層流水式進行振搗，進而使構件的抗剪性、整體性均能達到施工要求。

夏季施工需注意：①不宜在正午高溫天氣或太陽輻射高的氣候條件下開展澆筑施工；②盡量在夜間氣溫稍低的條件下完成澆筑施工。

3.3.5 混凝土拆模時間控制。在混凝土后期養護階段，混凝土強度超過設計強度的75%，混凝土的內、外部溫差控制在25℃，并且混凝土表面溫降范圍控制在9℃以內方可進行拆卸模板。

3.3.6 埋設水管，冷水降溫。

3.4 外加劑的使用。為了進一步提高混凝土的耐久性和抗裂性能，通過在混凝土中摻入適量的外加劑，在一定程度上避免混凝土發生開裂?？傮w來說，外加劑在三個方面影響著混凝土收縮開裂性能：

3.4.1 減水劑對混凝土開裂的影響。通過在混凝土中摻入適量的減水劑，在一定程度上提高混凝土和易性、降低水灰比，并且能夠增強混凝土的強度，或者在保持混凝土強度條件不變的情況下，降低水灰比或控制水泥摻量，都能對混凝土裂縫起到預防作用。

3.4.2 緩凝劑對混凝土開裂的影響。通過將緩凝劑摻入混凝土，水泥水化熱的放熱速率大大降低，混凝土放熱峰值出現的時間得到了抑制；通常情況下，混凝土齡期越長，其強度越大，因此，出現放熱峰值表明混凝土構件強度已滿足預防裂縫的標準。另外，混凝土和易性得到提高，降低了混凝土塌落度造成的損失。

3.4.3 引氣劑對混凝土開裂的影響。通過將引氣劑摻入混凝土中，混凝土的和易性和可泵性得到改善，構件的耐久性及抗裂性能也得到提升。

3.5 混凝土養護。在早期，對混凝土進行養護，其核心是避免表面失水，同時對早期水化所需的水分起到補充的作用?；炷翝沧⑼瓿珊?，為了確保表面濕潤，應及時灑水養護，使混凝土強度穩定增長。養護發生在混凝土澆注完畢12～18h內，連續養護時間不少于28d或設計齡期。

4 結束語

綜上所述，裂縫是大體積混凝土結構中常見的一種現象，不僅會降低擋水建筑物的抗滲性能，而且會影響建筑物的承載能力。所以，在設計時應及時采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，在施工過程中嚴把質量關，做好混凝土早期養護和預防措施，把混凝土的裂縫降到最低，防止危害混凝土構件的裂縫出現。

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作者簡介：

李慧慧，男，2004年7月畢業于哈爾濱工程大學土木工程系工

民建專業，工學學士學位，工程師職稱，從事招投標管理工作和施工現場管理工作。