大體積混凝土裂縫起因分析

曹凱 陳大全

【摘要】隨著社會的高速發展及技術的進步，大體積混凝土的應用也越來越廣泛，出現的問題也越來越多，有些已嚴重影響到工程結構的使用壽命及安全。文章主要對引起大體積混凝土裂縫的原因進行分析，并提出一些建議性的裂縫控制手段方法。

【關鍵詞】大體積混凝土；裂縫；控制方法

一、大體積混凝土的概念

我國目前對于大體積混凝土還沒有明確的定義，在國際上，各個國家對于大體積混凝土的定義及針對大體積混凝土的施工所做出的規定也各不相同。以美國為例，美國混凝土學會就對大體積混凝土做出了這樣的規定：任何就地澆筑的大體積混凝土，要根據它尺寸的巨大而采取相應的措施來解決水化熱及由于水化熱而產生的形變的問題，以此來減少大體積混凝土開裂的數量。

在大體積混凝土施工中，由于混凝土中水泥的水化作用是放熱反應，且大體積混凝土自身不易于散熱，導致了大體積混凝土內部升溫比外部升溫幅度要大，這種升溫幅度的差距導致混凝土各部分的熱脹冷縮及由于其相互約束和外部約束共同作用而產生的應力是很復雜的，一旦溫度超過混凝土結構所能承受的拉力的極限就會導致裂縫的產生。

二、造成大體積混凝土裂縫主要起因分析

1、材料選用、配合比設計不當

水泥：混凝土早期強度發展快可以給承包商帶來明顯的利益，水泥生產商將水泥產品中C3S的含量提高越來越多，細度也越來越大，導致了早期混凝土強度越來越高，水化放熱越來越快，這就意味著混凝土的早期溫升越來越大；在一般溫度環境中會造成混凝土構件中心與表面之間的溫度梯度過大，表面將會出現裂縫。粗細骨料：粗細骨料含泥量過大，造成混凝土收縮增大；集料顆粒級配不良，使得骨料堆積的空隙率大，相應地用于填充的水泥漿體量也大，既浪費了水泥，又容易造成混凝土收縮的增大，誘導裂縫的產生。外加劑和摻合料：混凝土外加劑、摻和料選擇不當或摻量不當，嚴重增加混凝土收縮。

配合比不當指水泥用量過大，水灰比大，含砂率不適當，骨料種類不佳，選用外加劑不當等，這幾個因素是互相關聯的。

2、環境的溫差

由于大體積混凝土具有厚度和體積較大的特點，在施工進行時大體積混凝土實體結構的表面散熱和內部散熱快慢不同，混凝土表面與內部形成較大的溫差，導致大體積混凝土受熱不均的現象。由于熱脹冷縮的原理，表面的混凝土收縮，內部的混凝土膨脹，就會導致大體積混凝土出現裂縫。除了大體積混凝土本身之外，外部的溫度對大體積混凝土也會有一定的影響。在大面積混凝土施工的過程中，由于水泥的水化熱現象加上混凝土本身散熱功能的降溫處理形成一個復合溫度，這個復合溫度與外部氣溫之間的差就是內外溫差，當外部的氣溫很低，或者外部的氣溫下降很快的時候就會使大體積混凝土產生很大的應力而變形，容易使混凝土產生裂縫。

3、收縮裂縫

（1）溫度收縮：溫度收縮又稱冷縮。它是混凝土由于水泥水化而產生溫度升高，而后又冷卻到環境溫度時產生的收縮。其大小與混凝土的熱膨脹系數、混凝土內部最高的溫度和降溫速率等因素有關。

（2）塑性收縮：在終凝前，混凝土處于塑性狀態，塑性收縮比較明顯。其成因是新拌混凝土的拌和物顆粒間充滿著水，當表面失水速率超過內部水向表面遷移的速率時，則會造成毛細管中產生負壓，使漿體產生塑性收縮。

（3）干燥收縮：干燥收縮指的是混凝土干燥失水產生的收縮。隨著相對濕度降低，水泥漿體干縮增大，且不同層次的水對干縮影響大小也不同，實測干縮值大約在200×10-6～1000×10-6范圍。

（4）自身收縮：泥水化反應的主要產物是C-S-H凝膠，其體積小于水泥與水的體積之和，即固相體積增加，但水泥漿體的絕對體積減小，這稱之為自身收縮。大部分硅酸鹽水泥漿體完全水化后，理論上體積減縮為7%～9%。

4、水泥水化熱

水泥的水化熱是大體積混凝土裂縫產生的根本原因。水泥在硬化過程中不可避免的要產生水化熱。水化熱可使大體積混凝土內部的溫度達到60～80℃，尤其在夏天，體積特別厚大的混凝土，溫度可能會更高。大量的熱量聚集在內部不易散發出來，從而導致混凝土內部升溫過快，最高溫度出現在混凝土澆筑后的3～5d內，而此時混凝土表面溫度為室外環境溫度。當混凝土內外溫差超過25℃時，因溫度應力導致混凝土自身膨脹，可能產生裂縫。又由于混凝土的導熱性能較差，澆注初期混凝土的強度和彈性模量都很低，對水化熱引起的急劇溫升約束不大。

三、大體積混凝土裂縫控制手段方法

1、混凝土材料控制

（1）水泥的品種選擇：在選擇水泥的時候要注意水泥的品種，由于水泥的外形基本一致，所以在選擇水泥之前先讓專業的工程師對水泥進行實驗，以挑選出最佳的水泥。好的水泥由于其膨脹性和收縮性較小，施工之后產生的混凝土應力也相對較小，從而提高大體積混凝土的抗拉強度，有效的控制大體積混凝土裂縫發生。

（2）骨料的選擇：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。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）適量摻加粉煤灰和外加劑。混凝土中摻用粉煤灰和外加劑后，能夠改善混凝土的特性，降低水化熱，在實踐中，效果相當不錯。內摻膠凝材料用量10%的膨脹劑，使混凝土產生適度膨脹而補償收縮，防止混凝土開裂。

2、施工過程控制

大體積混凝土施工時內部應適當預留一些孔道，在內部通循環冷水或冷氣冷卻，降溫速度不應超過0.5℃～1.0℃/h。對大型設備基礎可采用分塊分層澆筑（每層間隔時間5d～7d），分塊厚度為1.0m～1.5m，以利于水化熱散發和減少約束作用。當混凝土澆筑在巖石地基或厚大的混凝土墊層上時，在巖石地基或混凝土墊層上鋪設防滑隔離層（澆二度瀝青膠撒鋪5mm厚砂子或鋪二氈三油），底板高低起伏和截面突變處，做成漸變化形式，以消除或減少約束作用。此外，還應加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度。盡可能時間長些再拆模，拆模后混凝土表面溫度不應下降15℃以上。盡量采用兩次振搗技術，改善混凝土強度，提高抗裂性。還可根據具體工程特點，采用UEA補償收縮混凝土技術。

3、后期養護工作

在大體積混凝土完成后，由于其性能不夠穩定，后期應該對其進行適當的外部養護，混凝土完工之后，大體積混凝土內部的溫度也降了下來。就要防止混凝土表面溫度過高，因此有效的減少混凝土表面熱擴散是非常重要。在進行后期養護時可采取澆水的方法，能有效的降低混凝土表面溫度和因為失水導致的裂縫。

四、結語

大體積混凝土裂縫對建筑工程質量影響比較大，為了能夠減少或者避免大體積混凝土裂縫的產生，需要施工企業嚴格依照混凝土施工的相關規范規定進行施工，嚴控混凝土各個施工環節質量，做到發現問題及時采取措施。

參考文獻：

[1]王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].中國建筑工業出版社，2013.

[2]周玲，董明光.大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].中華建設，2013（01）