大體積混凝土裂縫的主要原因及預防

彭輝境

廈門市珉發建筑工程有限公司（361000）

大體積混凝土裂縫的主要原因及預防

彭輝境

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這里主要分析了裂縫產生的原因，提出了有效防止大體積混凝土裂縫的預防措施。

大體積混凝土；裂縫；原因；預防措施

1 大體積混凝土裂縫形成的一般原因

從建筑結構特征分析，裂縫形成的一般原因總的可分為兩類：結構型及材料型裂縫。結構型裂縫是由外部荷載引起的，包括常規結構計算中的主要應力及其他的結構次應力所造成的受力裂縫。二是材料本身的裂縫，是由非受力變化引起的，主要是由于環境氣候的變化，即溫差應力和混凝土收縮引起的開裂。在此主要探討材料本身的裂縫。

1.1 溫度應力產生的裂縫

現在對溫度應力產生的裂縫一般認為是由溫差產生的應力造成的。溫差可以分為三種情況：首先在混凝土澆筑初期，在水化過程中產生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導體，水化熱積聚在混凝土內部不易散發出去，尤其是體積較大混凝土內部溫度急聚上升，而結構混凝土外部溫度為當時的環境溫度，這時形成了內外溫差，這種內外溫差在混凝土凝結初期產生的拉應力超過混凝土當時的抗壓強度時，就會導致混凝土開裂；另外，在混凝土拆模前后，表面溫度降速很快，造成了表面溫度驟降，也會產生混凝土開裂；同樣當混凝土內部溫度達到最高階段，熱量逐漸散發而降至正常環境溫度時，其與最高溫度的差值即是內部溫差。這三種溫差都會造成混凝土的開裂,在這三種溫差中，由水化熱引起的內外溫差影響危害程度最嚴重。

1.2 收縮引起的裂縫

收縮在很多情況下都會發生,而且有很多種類，常見的有干燥收縮、塑性收縮、自身收縮及碳化收縮等，在此淺要分析干燥收縮和塑性收縮。

1）干燥收縮：混凝土硬化后，在干燥的環境中，混凝土內部的水分逐漸析出,內部游離水的減少，使孔隙壁減少壓力，引起混凝土由外向內的干燥變形開裂。

2）塑性收縮：水泥遇水后活性增大，拌和物溫度較高,或是在水灰比較低的條件下會加快引起開裂。因為此時混凝土的泌水明顯減少，表面大量蒸發的水分不可能得到充分滿足，而且混凝土還處于塑性狀態，略為出現一點拉力，混凝土的表面就會出現分布不勻的龜裂縫，當裂縫產生以后，混凝土內部的蒸發會加快速度，使裂縫寬度、深度進一步劣化。

2 預防裂縫的一般措施

從上述分析中知道，材料型裂縫主要是由溫度及收縮原因引起的,為了有效防止裂縫的產生，采取切實有效的措施降低溫差裂縫是極其重要的。

1）水泥選擇。由于溫度是由于水泥在遇水后產生的水化熱所致，為了減少溫度差盡量降低水化熱是關鍵。降低水化熱的核心是采用早期水化熱低的水泥。由于水泥的水化熱是礦物成分與細度的函數關系，要降低水泥的水化熱關鍵是選擇適宜的礦物組成和調整水泥顆粒的細度模數，現在硅酸鹽水泥的礦物組成主要是：C3S、C2S、C3A和C4AF,試驗表明水泥中鋁酸三鈣（C3A）和硅酸三鈣（C3S）的含量高，水化熱也高，所以為了降低水泥的水化熱，必須降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工過程中的控制在水泥選用時，一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣硅酸鹽水泥。同時在不影響水泥活性的情況下，要盡量選擇使用細度適當較小的水泥，因為水泥的細度會直接影響水化熱的放熱速度，試驗資料顯示水泥表比面積每增加100 cm2/g時，其1 d的水化熱增加17～21 J/g，7 d和21 d均增加4～12 J/g。

2）摻加粉煤灰。為了減少水泥用量，主要是降低水化熱和施工所需要的和易性，近年來所采取的措施是摻加一定量的粉煤灰代替水泥，以達到綜合效益目的。

由于粉煤灰中含有一定的硅鋁氧化合物，其中二氧化硅含量在40%～60%，三氧化硅含量在18%～35%，這些硅鋁氧化合物可以與水泥的水化產物進行二次反應，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而降低水泥用量，也是在不影響強度前提下降低水化熱。同時因粉煤灰的顆粒較細，能夠參于二次反應的界面相應增加,在混凝土中分散比較均勻。另外粉煤灰的火山灰反應進一步改善了混凝土內部的孔隙結構，使混凝土中的總孔隙率降低，孔隙結構更加細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加密實，相應收縮率也減少。

需要說明的是,由于粉煤灰的比重比水泥要小，在澆筑振搗過程中比重小的粉煤灰會容易浮在混凝土的表面,造成上層混凝土中總孔隙率的降低，表面容易出現塑性裂縫，因此，粉煤灰的摻量要適宜，必須根據工程結構實際進行試配而確定用量。

3）粗細骨料的選擇。①粗骨料盡量擴大其粒徑，因為粗骨料的粒徑越大,級配越好，則孔隙率越小，總表面積也越小；每立方體用水泥砂漿量和水泥用量就越少，水化熱也隨之降低，對防止裂縫的產生有利。②細骨料宜選擇級配良好的中砂或中粗砂，最好還是用中粗砂。因為其孔隙率最小，總表面積也小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱也低，裂縫會減少。另外由于要控制砂的含泥量，因含泥量越大則收縮變形量也大，裂縫產生更加嚴重。因此，對于細骨料的含泥量不要超過2%為宜。

4）外加劑選擇?；炷镣鈸胶狭峡梢詼p少其收縮開裂，其不同外加劑的影響因素是：①減水劑對混凝土的影響：減水劑的主要作用是改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土強度或在保持混凝土一定強度時能減少水泥用量，而水灰比的降低和水泥用量的減少，對防止裂縫是極其重要的。②緩凝劑對混凝土的影響：緩凝劑的主要作用是延緩混凝土釋放水化熱峰值的出現時間，由于混凝土的強度會隨著齡期的增加而提高，所以，延緩放熱峰值出現時混凝土已經有了一定的強度，從而減少裂縫產生的機率；另外改善拌合物的和易性，減少拌合物在入模前的坍落度損失。③引氣劑對混凝土的影響：引氣劑在混凝土的應用對改善混凝土的和易性、可泵性和提高耐久性十分重要。在很大程度上增大混凝土的抗裂性能。需要特別注意的是外加劑的摻量不能過多，否則會引起負面影響。還要重視同水泥的相容性問題。在外加劑應用規范GB 8076中規定,摻有外加劑的混凝土28 d的收縮比不得大于135%,即摻有外加劑的混凝土收縮比基準混凝土的收縮不得大于35%。

3 施工過程的質量控制

1）混凝土的拌制控制。無論是集中攪拌商品混凝土，還是現場自行攪拌的混凝土，在混凝土的拌制過程中，必須嚴格控制原材料的計量，同時必須嚴格控制混凝土的出機坍落度。要盡量降低混凝土拌合物的出機口溫度，拌合物降溫可以采取的措施是送冷風對拌合材料冷卻，還可以采取加冰塊方法降溫。

2）混凝土的澆筑控制。混凝土的澆筑過程控制，澆筑過程中必須分層進行并分層振搗。振搗時間以每個振點振至表面不再向上泛漿為止，此時振動棒慢慢拔出無孔穴；插入振動棒間距要均勻,振動力波及范圍以重疊1/2為宜。澆筑完畢后表面必須刮平抹壓，以防止表面產生裂縫。要重視上下層混凝土的結合，避免縱向形成施工縫，提高結構整體性和抗剪能力。對澆筑時間進行控制，盡量避免在太陽輻射最高階段澆筑混凝土，采取早晨及避開中午時間澆筑。還要對拆摸時間嚴格控制，落實養護條件及方法,必須充分補充水分使結構件充分水化，尤其是立面更是養護的薄弱環節。對于構件的拆摸時間嚴格按規范規定執行，不允許提前拆除模板。

3）做好表面隔熱保護。對于體積較大混凝土的溫度裂縫，主要是由于內外溫差過大而引起。混凝土澆筑后由于內部散熱緩慢,會形成內外溫差梯度，表面溫度低產生收縮受到內部約束產生的拉應力，但是這種拉應力通常比較小，不至于超過混凝土的抗拉強度而產生裂縫。此時如果受到冷空氣的侵入,使表面降溫速度過快很容易造成裂縫的產生，所以在混凝土拆除模后，特別是在低溫季節，拆除模后要立即采取保溫措施。目的是防止降溫過快而產生收縮裂縫。按照施工及驗收規范要求，當環境溫度5 d連續為5℃時,在養護期間的混凝土必須進行保溫保護。

4）混凝土的養護?；炷猎跐仓瓿珊螅瑧S即在表面覆蓋塑料薄膜,以防止水分蒸發，并在8 h以內對表面進行灑水保濕養護。這樣及時覆蓋既隔斷了外界高溫的浸蝕，又防止水分流失造成的干縮裂縫，促進混凝土可以正常進行水化反應。建筑房屋工程的養護時間多數在7 d左右，而水工結構構筑物的養護時間為28 d。

5）通水冷卻降溫。如果是在高溫季節澆筑混凝土，則要在初期采取通制冷水來降低混凝土最高溫度峰值，需要注意的是通水時間不能過長，因為時間過長會造成降溫幅度過大而引起較大溫度應力。為了降低內外溫差,在夏末秋初進行中期通水冷卻，中期通水冷卻用自來水方便適宜，以達到降溫不產生裂縫的目的。

4 結語

綜上所述，大體積混凝土的裂縫是困擾業內專業人士的一個學術難題，也是一個必須認真解決的大問題。通過工程應用的分析總結，大體積混凝土的材料型裂縫主要是由于溫度應力和混凝土收縮引起的，從我們施工的珉發綜合大樓和福祥禮服改擴建等工程應用實踐及經驗分析，在構造設計上精心考慮，對原材料認真選擇，在施工中采取合理的方法及控制措施,同時加強過程中的監督管理，只有層層把關嚴格工序管理，才能有效預防裂縫的產生和發展。

[1]王宗昌.建筑工程質量精細化控制與防治措施[M].北京:中國建筑工業出版社,2013,12.