大體積混凝土裂縫成因與施工控制措施

嚴浩 楊嘉

摘要：本文針對大體積混凝土的特點，分析了大體積混凝土裂縫產生的原因和機理，從材料選用和施工方法等方面提出了有針對性的措施。

關鍵詞：大體積混凝土；裂縫；控制措施

近年來，隨著建筑業的迅速發展，各種建筑物、構筑物的形體規模也不斷擴大，大體積混凝土在建筑工程中的應用也越來越廣泛。由于大體積混凝土具有結構厚、體形大、混凝土數量多、工程條件復雜和施工技術要求高等特點，因而在施工過程中若控制不當極易產生各種結構裂縫。這些裂縫往往給工程帶來不同程度的危害，甚至會造成經濟上的巨大損失。

1 大體積混凝土的定義

關于大體積混凝土的定義，目前國內外尚無一個統一的規定。按照美國混凝土協會（ACI）的規定：“任意體量的混凝土，其尺寸大到足以必須采取措施減小由于體積變形引起的裂縫時，統稱為大體積混凝土。”日本建筑學會標準（JASS5）中規定：“結構斷面最小尺寸在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內的最高溫度與外界氣溫之差，預計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土。”我國認為，大體積混凝土是指混凝土結構物中實體最小尺寸大于或等于lm的部位所用的混凝土。

2 大體積混凝土裂縫產生的原因

大體積混凝土自澆注開始，就要經受外界環境和其本身各種因素的作用，使混凝土中任一點的位移和變形不斷地變化，從而產生了應力。當應力超過了混凝土的極限強度，或極限變形值，混凝土就要產生裂縫。具體來說有以下幾方面原因。

2.1 水泥水化熱是大體積混凝土中的主要溫度因素

水泥在水化反應過程中產生大量的熱量，而大體積混凝土結構物一般斷面較厚，水泥發出的熱量聚集在結構內部不易散發。通過實例監測，水泥水化熱引起的溫升，在水利工程中一般為15～25℃，而在建筑工程中一般為20～30℃，甚至更高。由于結構物有一個自然散熱條件，實際上，混凝土內部的最高溫度，多數發生在混凝土澆注后的最初3～5天。

由于混凝土的導熱性較差，澆注初期混凝土的強度和彈性模量都很低，對水泥水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應力自然也較小，隨著混凝土齡期的增長，彈性模量的增高，對混凝土內部降溫收縮的約束愈來愈大，以致產生很大的拉應力。當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應力時，便產生溫度裂縫。

2.2 外界氣溫變化的影響

大體積混凝土在施工階段，外界氣溫的變化影響是顯而易見的。因為外界氣溫愈高，混凝土的澆注溫度也愈高；如果外界溫度下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土與內部混凝土的溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應力是由溫差所引起的溫度變形造成的，溫差越大，溫度應力也越大。在這種情況下，合理的溫度控制措施，防止混凝土內外溫差引起的過大溫度應力就顯得十分重要。

2.3 約束條件的影響

約束種類一般可概括為兩類：即外約束和內約束。外約束一般指支座或其他外界因素對結構變形的約束；內約束指較大斷面的結構，由于內部非均勻的溫度及收縮分布，各質點變形不均勻而產生的相互約束。大體積混凝土由于溫度變化會產生變形，而這種變形又受到約束，便產生了應力，當應力超過某一數值時，便引起裂縫。

3 大體積混凝土裂縫的施工控制措施

3.1 合理選擇原材料，優化混凝土配合比

（1）水泥品種選擇和用量控制。 水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現早期溫升和后期降溫現象。由于礦物成分及摻合料含量的不同，水泥的水化熱差異較大。為了降低水泥的水化熱、減小混凝土的體積變形，大體積混凝土應選用中熱或低熱的水泥品種，一般選用低水化熱的礦渣水泥，低熱的礦渣水泥比同標號的普通硅酸鹽水泥的水化熱可減少1/4左右。另外，在滿足混凝土強度和耐久性的前提下，盡量減少水泥的用量。

（2）摻加外加料。 在混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，在混凝土用水量不變的條件下，由于粉煤灰顆粒成球狀并具有“滾珠效應”，可以起到顯著改善混凝土和易性的效能。若保持混凝土拌合物原有的流動性不變，則可減少單位用水量，從而提高混凝土的密實性和強度。由此可見，在混凝土中摻入適量的粉煤灰，不僅可以滿足混凝土的和易性，還可以降低水化熱。

（3）摻加外加劑。在大體積混凝土工程中通常都摻入一定的外加劑，一般可在混凝土中加入粉煤灰或木質素磺酸鈣減水劑，如在混凝土中按水泥重量的0.25%摻減水劑，可減少10%左右的水泥。在降低混凝土成本同時，也大大改善了混凝土的性能。一方面，由于外摻劑取代了部分水泥用量，降低了水化熱，從而降低了混凝土內外部的溫差，有利于防裂；另一方面，這種減水劑可以緩凝，在大體積混凝土中可以避免冷接縫，提高工作性及流動性，有利于泵送。

（4）骨料的選擇。保證在滿足強度和施工性的前提下，應盡量增大粗細集料粒徑，可減少用水量，相同水灰比的情況下，減少了水泥用量，有利于減少水化熱的產生。同時，應嚴格控制粗細集料的含泥量，如粗細集料的含泥量過高，不僅增加了混凝土收縮，同時又降低了混凝土的抗拉強度，對混凝土的抗裂不利。在配合設計中應采用小水灰比，將水灰比控制在0.5～0.55之內，并且控制水泥用量。

3.2采用合理澆注和養護措施

（1）澆注要點。大體積混凝土的澆注，應根據整體連續澆注的要求，結合構件尺寸的大小等具體情況選用全面分層法、分段分層法、斜面分層法等方法。還要遵循大體積混凝土施工中已經形成的“分段定點，一個坡度，薄層澆注，循序漸進，一次到頂”的原則。為了減少大體積混凝土底板的內外約束，澆注前宜在基層設置滑移層。為了加強分層澆注層間的結合，可以采取在下層混凝土表面設置鍵槽的辦法。澆注溫度宜控制在25℃以下。因此，必須合理安排施工時間，盡量避免在高溫時段進行混凝土澆注。同時要盡量加快施工速度、縮短澆注時間，盡量降低混凝土的澆注溫度，減少結構物的內外溫差，并延長混凝土的初凝時間。二次振搗是在第一次振搗后，于混凝土凝結前的適當時間再重復進行一次振搗的一項工藝。二次振搗能減少混凝土的內部裂縫，增強混凝土的密實性，從而提高混凝土的抗裂性。

（2）養護措施。在每次混凝土澆注完畢后，應及時按溫控技術措施的要求進行保溫養護。不同施工季節應選擇不同的混凝土養護方法。夏季施工時，要采用草簾覆蓋、蓄水、灑水、噴水等降溫方法進行養護；正常氣溫時，可噴刷養生液養護；冬季施工時，可使用保溫材料來提高混凝土的表面溫度，也可用薄膜養生液、塑料薄膜等封閉料對混凝土保溫、保濕，在寒冷季節可搭設擋風保溫棚。混凝土的養護時間根據水泥的品種確定，一般來講，普通水泥的養護時間為14d，礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥及摻加摻和料后的混凝土的養護時間為21d。

4結語

綜上所述，混凝土的物理力學性質決定了大體積混凝土溫度裂縫是不可以避免的，必須從原材料、施工、設計等方面實施質量控制，才能最大限度地預防和控制裂縫的產生，使混凝土結構工程更趨于合理、安全。避免混凝土裂縫給工程和建筑物帶來不必要的損失。

參考文獻：

[1]王鐵夢. 建筑物的裂縫控制[M]. 上海：科技出版社，1987

[2]王鐵夢. 鋼筋混凝土結構的裂縫控制[J]. 安徽建筑，2001（1）：41-44

作者簡介：

姓名 ：嚴浩 性別： 男 出生年月 ：1976.7 民族：漢

籍貫 ：河南 鄭州 學歷 ：碩士研究生

職稱 ：工程師

單位 ：中國核電工程有限公司

研究方向 ：項目管理