大體積混凝土裂縫的分析及防治

摘 要：該文研究探討了大體積混凝土裂縫的種類，從五個方面詳細的分析了大體積混凝土裂縫的成因，并且從混凝土的設計、用料、施工、養護四個方面講述了防治大體積混凝土裂縫的措施。

關鍵詞：大體積混凝土 裂縫 原因分析 防治措施

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-0-02

隨著現代社會經濟進入快速發展的軌道，地面空間的廣泛使用，建筑設施逐漸朝著大型、高層的趨勢發展，因此，混凝土的需求體積也變得越來越大。

大體積混凝土的逐漸廣泛使用，盡管建筑領域的專家提出種種科學的施工措施與方法，建筑工人嚴格按照施工要求和流程進行施工，隨之還會暴露出各種各樣的問題，比如裂縫問題。該文就從成因與措施等方面對大體積混凝土裂縫的分析及防治進行探討。

1 大體積混凝土裂縫的成因分析

在理論上大體積混凝土裂縫的有兩種成因。

（1）由于本身自重荷載或是混凝土結構內部次應力，使混凝土所承受的應力超過本身的極限應力而產生裂縫，這種情況下產生的裂縫也可以稱為結構性裂縫或是荷載性裂縫。

（2）由于溫度、不均勻沉降、收縮、膨脹等一系列的變形變化而引起混凝土出現裂縫，這種情況下產生的裂縫也可以稱為非結構性裂縫或是變形裂縫，一般情況下溫度變化和混凝土收縮是導致大體積混凝土主要因素。下面筆者就從五個方面對于實際施工中大體積混凝土裂縫的成因進行簡要的分析。

1.1 混凝土及其環境的溫度變化

（1）混凝土本身溫度發生變化，這種情況下的溫度變化主要是由于水泥在硬化工程中，遇見水化合發生放熱反應，亦稱為水泥水化熱。水泥水化熱是混凝土溫度變化的最主要熱量來源，大量的水化熱會隨著混凝土的澆筑由內向外散發出來，導致混凝土表面與內部出現溫差。如此，混凝土內部與外部的溫度不一樣，必然會出現熱膨脹冷收縮，進而混凝土內部出現壓應力而外部出現拉應力，當混凝土所受的拉力超過其抗拉強度設計值時就會出現裂縫。一般情況下，混凝土內部溫度大于外部溫度25 ℃時就會在其表面出現裂縫。

（2）環境溫度變化的影響。由于混凝土的大體積導致外部環境溫度的變化會對其產生較大的影響下，其裂縫成因與混凝土本身溫度變化的影響相似，即溫度變化導致混凝土收縮不一致以及產生溫度應力進而導致裂縫生成。這就要求施工人員在具體的施工中（比如大體積混凝土的硬化、養護）關注外界溫度的變化，并采取措施。

1.2 混凝土收縮的影響

（1）混凝土硬化收縮。眾所周知，水泥拌合中所加入的水除去20%用于水泥水化反應之外80%的水都要用于混凝土的和易性所需。在硬化過程中，隨著混凝土強度逐漸增加內部的水份也會逐漸向外蒸發，但是水份蒸發的程度不一樣導致了結構變形不一致，隨之必然會產生拉應力。但拉應力超過抗拉強度設計值時就會出現裂縫。

（2）混凝土的塑性收縮，主要是由于水分從混凝土表面蒸發損失導致的。這種情況形成的裂縫主要發生在混凝土表面，因此裂縫的深度一般不大。此外，一把情況下混凝土在塑性階段過程中若其溫度較高、水灰比較低、水泥活性較大會對混凝土裂縫的形成起著積極的作用。因為在這個階段，混凝土表面的水份極容易受到外界影響而加快蒸發，導致混凝土結構因快速收縮而生成裂縫。

1.3 混凝土結構變形的影響

混凝土結構變形一般是由于結構的不均勻沉降引起的。在實際施工中建筑物不均勻沉降主要是由于設計施工之前沒有對建筑物所在在地區的地質勘察不夠準確、試驗資料不夠精確再加上復雜的地質條件造成的。一般情況下，軟土地基區的建筑物會因本身不具備足夠的協調性而產生裂縫。

1.4 堿—骨料反應的影響

堿—骨料反應是指水泥中的堿與混凝土骨料中的活性物質發生的化學反應，致使結構體積局部膨脹，最終使混凝土開裂和強度下降的現象，是混凝土結構中十分常見的裂縫生成反應。具體原因是由于水泥中的堿性物質（包括氧化鈉和氧化鉀）與具有活性的二氧化硅發生化學反應，生成能夠具有吸水特性的堿-硅酸凝膠，進而造成混凝土膨脹開裂。

1.5 水灰比的影響

水灰比，即拌混凝土時所用的水和水泥的重量之比，它對硬化后的混凝土強度的大小具有很大的影響。

實驗表明，水灰比越大混凝土硬化后的密實度與水泥和骨料間的粘結度越高，進而使混凝土的強度增強。但是一味的加大水灰比不能夠確保混凝土的坍落度與和易性滿足規范要求，也會造成結構內部滯留大量的游離水。這樣的后果就是混凝土的硬化工程中出現大幅度的收縮與結構內部泌水現象，最終導致表面（或是內部）裂縫的出現。

2 混凝土設計階段防治裂縫的措施

大體積混凝土防治裂縫的設計措施主要包括以下幾個方面。

設計大體積混凝土的強度等級為C20至C35，到使用的后期階段強度為R60。值得注意的是并不是設計強度越高越好，因為混凝土的設計強度一旦過高，水泥的使用量就會增大，進一步造成水泥水化熱反應放出大量的熱量，當混凝土內部溫度大于外部溫度25 ℃時就會在其表面出現裂縫。在混凝土結構豎向受力方面，其抗彎及抗沖切計算必須滿足規范的要求，同時采用強度等級為C20至C35的緩凝土可以有效的避免因高強度的設計而引起的危害。

此外，由于使用大體積混凝土的建筑工程，一般都具有較長的建設周期，這是符合混凝土設計規范的前提條件下，可以采用混凝土養護60 d（或是90 d）的強度進行有關的計算、檢驗，如此能夠在一定程度上減低水泥的使用量，進而減低水泥水化

熱量。

設計前進行大體積混凝土配合比的試驗，選出最優的配合比，以降低水泥的使用量。選出的混凝土配合比必須符合混凝土抗拉、抗壓及抗剪的設計強度，滿足耐久性、和易性、抗凍性以及抗滲性的要求。

在大體積混凝土基礎的設計過程中，要另外設計出能夠承受因混凝土內部化學反應放熱而產生的溫度應力抗拉的鋼筋，同時還必須配備限制混凝土裂縫發展的鋼筋。此外，在滿足混凝土抗拉、抗壓及抗剪的設計強度的前提下，盡可能選擇直徑較小的鋼筋，同時配筋時應嚴格限制鋼筋的間距。

3 混凝土用料的選擇階段防治裂縫的措施

混凝土的用料包括水泥、石子、砂、摻合料及外加劑，下面針對每一種用料提出相應的要求。

水泥：上面提到在滿足各種規范、強度等的要求下應盡量減低水泥的使用量，該文針對的大體積混凝土方面，水泥的使用量應小于380 kg/m。由于水泥是影響混凝土收縮變形的關鍵因素，加之大體積混凝土制作的經濟費用考慮，務必要選好水泥的使用量。

石子：大體積混凝土石子用料選擇顆粒級配為5～40 mm的石子，同時要保證所選石子料的含泥量要不大于1.5%。

砂：大體積混凝土砂用料主要采用中砂與粗砂，同時也要保證所選石子料的含泥量要不大于1.5%。

摻合料與外加劑：大體積混凝土摻合料用料主要包括粉煤灰、粒化高爐礦渣（比如粒化電爐磷渣）、火山灰類物質（比如凝灰巖粉）、硅粉等。混凝土中使用的外加劑主要包括 緩凝劑、膨脹劑和減水劑。混凝土在摻合料以及減水劑的雙重作用下能夠有效的改善混凝土的粘聚性、保水性、流動性、可泵性、耐久性與硬化混凝土的強度。同時減水劑還能改善水灰比，是混凝土中的水不會過多而影響構件的變形。因此混凝土所用摻合料品質、用量等都符合嚴格按照相關的規范要求；混凝土的外加劑在使用之前必須進行一系列的可靠性檢驗，以保證所選用的外加劑能夠符合混凝土的使用性能要求與施工要求。另外，值得指出的是，外加劑在使用是應配合成一定比例的水溶液。在多性能要求的混凝土中，外加劑可以多種混合使用。

4 混凝土施工及后期養護階段防治裂縫的措施

4.1 施工階段防治裂縫的措施

（1）準備工作：在進行混凝土施工之前，要準備好混凝土澆筑所需要的物件，包括塑料薄膜、測溫管以及草席等。在施工之前，還應對施工現場進行實際的考查，并根據考查結果運用科學的手段對施工段進行劃分，同時確定好施工人員、施工用電以及施工順序。在準備好以上的工序時，施工人員就可以開始施工了。在施工過程中，管理人員與施工人員務必各盡其職，保證混凝土的施工的順利進行。

（2）混凝土施工：在確定澆筑方案之前，應保證所已選擇的方案已將混凝土構件大小、混凝土用料間的化學反應、配筋的間距、預埋管道設置、地腳螺栓設置、混凝土料的供應速度等情況考慮在內，同時能夠保證每一層的混凝土鋪設之前先，其下一層的混凝土還未初凝。

一般情況下采用的混凝土施工方法有三種：

①全面分層的方法：第一層全部澆筑完畢后在進行第二層的澆筑，連續反復施工并且保證每一層澆筑之前下一層的混凝土沒有初凝。全面分層的澆筑方法的施工適合從短邊開始，沿長邊推進，并且適用于結構的平面尺寸不太大的混凝土構件。具體施工中也可以從中間向兩端或從兩端向中間同時施工。

②分段分層的方法：將混凝土結構在平面上分成幾個施工段，在厚度上分成幾個施工層，先澆筑第一段各層，然后在澆筑第二段各層，如此逐段逐層的連續澆筑，直至澆筑結束。這種方法能夠保證澆筑進行到頂后，第一層末端的混凝土還沒有初凝。分段分層的澆筑方法適用于厚度不大而面積或長度較大的混凝土結構。

③斜面分層的方法：一次將混凝土澆筑到頂，讓混凝土自然流淌，形成一定的斜面，并且保證在下一段混凝土施工時上一段混凝土尚沒有初凝。斜面分層的澆筑方法適用于混凝土結構的長度大于厚度的三倍并且其流動性較大的構件。

混凝土澆筑時澆搗的要求：

①澆筑時混凝土自由傾落的高度要在2 m以內。當混凝土自由傾落的高度超過2 m時，施工中要及時采用串筒以及溜槽，進而防止混凝土離析現象的出現。

②澆筑時使用振動棒要快插慢拔。振動棒在混凝土層上的作用位置點要平均排列，并且實際操作要按照位置點的自然順位逐點移動，振動棒的作用位置點間的間距要控制在30～40 mm以內。

③在澆搗的過程中，施工人員要注意定期檢查模板、埋件、配筋、預留孔道等

項目。

④無論何種澆筑方案，結構基礎梁和版是不允許同一時間施工的。澆筑的水平交接間歇時間至少要在1 h以上同時不超過2 h。

4.2 后期養護防治裂縫的措施

混凝土的養護是指混凝土澆筑完成后，在一定時間內采取措施對外露面的混凝土保持適當溫度和濕度，使混凝土在良好條件進行硬化。養護過程中中最主要的就是維持養護環境的溫濕度。而保持養護環境的溫度能有有效的抑制結構表面溫度的減低，進而控制混凝土構件的溫差，防止構件的表面出現裂縫。該文下面就行三個方面介紹混凝土后期養護的措注意事項：

在混凝土構件的后期養護中務必嚴格按照規范進行。首先要保證混凝土表面收光后立第一時間為其鋪設一層塑料薄膜，目的是排除塑像收縮引起的影響；其次是在鋪設塑料薄膜下定期補充水份；另外還要在混凝土的預留管道中通入冷水，以減低構件內部溫度防止內外生成過大的溫差。

在混凝土中設置預留的冷卻水管的同時要隨之一起設置一系列的測溫點。只有布設出測溫點才能在養護中適時的明確何時進行保溫工作、何時進行降溫工作，這樣才能保證混凝土構件的內外溫差不至于超過25 ℃。測溫點的布設要遵循著每個墻體都要具有三個代表性的點以及每個墻體的垂直方向的上、中、下三個位置都要具有6個測溫孔，這樣才能保障每一個施工區段以及不同高程的混凝土結構的溫度都能夠被工作人員實時的檢測到，這就需要

施工管理人員專門的安排工作人員對每個測溫點進行有針對性的記錄，然后根據記錄的溫度變化隨時調整循環養護水的水溫，進一步保障溫度變化對于大體積混凝土出現裂縫的影響降到最低。此外，工作人員要注意在混凝土冷卻完畢后封閉水管口，封閉用的水泥要與混凝土所用等級一樣。

（3）外界環境溫度過高時，施工人員務必進行澆水養護。工作人員可以利用小型的水泵進行澆水養護工作。澆水養護也是需要為混凝土鋪設塑料薄膜的，同時塑料薄膜內還要一直存有一定量的水份，以避免上文中提到的干燥收縮及其隨之帶來的危害。一般情況下，混凝土的養護要超過7 d。

5 結語

大體積混凝土產生裂縫的的成因多種多樣，比如溫差、收縮、化學反應、水灰比等，這為防治大體積混凝土產生裂縫的造成了種種的困難。但面對困境與難題我們不僅要有足夠的科學知識與手段，還要有足夠的信心與耐心。現如今，通過探索我們已經提出了克服多種情況下大體積混凝土裂縫的措施。我們相信在堅持“預防為主，防治結合”的路上，大體積混凝土裂縫難題最終會被完美的解決。

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