建筑施工中大體積混凝土裂縫成因及控制措施分析

[摘要]大體積混凝土裂縫是影響建筑物質量的重要因素。在大體積混凝土施工過程中由于施工技術措施的不完善，很容易造成開裂現象。通過對大體積混凝土裂縫產生原因的分析：主要是由于溫差引起的表面裂縫和混凝土收縮引起的貫穿裂縫，有針對性的制定相應防裂控制措施，可以大大降低大體積混凝土產生裂縫的概率，從而提高建筑物的施工質量。

[關鍵詞]大體積混凝土；裂縫；防裂控制措施；質量控制

[DOI]1013939/jcnkizgsc201608149

1裂縫產生原因的分析

在大體積混凝土結構施工中，由于結構的截面積比較大，混凝土的澆筑量也較大，所以由溫差引起的結構表面裂縫和由混凝土本身體積收縮引起的貫穿裂縫成為影響結構安全和使用功能主要原因。水泥在水化過程中所釋放出的水化熱能夠引起較大的溫度變化和收縮作用，而在這一過程中溫度收縮應力引起了混凝土結構裂縫。結構表面的裂縫是結構表面和結構內部散熱條件不同引起的，外部溫度比較低同時內部溫度又相對偏高，這樣就形成了溫度梯度，在結構內部產生應力，當表面產生的拉應力值超出混凝土抗拉強度時就會產生表面裂縫。貫通裂縫是因為大體積混凝土結構在其強度增長到一定程度時，混凝土結構內部由于部分位置水化反應減少逐漸的內部溫度降低，這樣不同位置的溫度差引起的變形加上混凝土失水分而使體積收縮引起的變形，這些變形在產生過程中受到了地基或者其他結構的邊界約束從而產生了拉應力和壓應力，由于混凝土的壓應力值比較大所以產生的拉應力一般不會引起裂縫的產生，而當產生的拉應力值超過混凝土抗拉強度時就會產生貫通整個截面的裂縫。這兩種裂縫形式在不同程度上，都可以看作是有害裂縫，需要加以控制。

混凝土結構早期收縮量比較大容易形成裂縫。主要的收縮方式有：干燥收縮、塑性收縮、化學收縮、溫度收縮以及結構自收縮。我們可以根據混凝土裂縫最早出現的時間判裂縫產生的原因。其中干燥收的縮裂縫主要出現在接近1年齡期的時間段內；塑性收縮裂縫主要出現在澆筑完成后10小時之內的時間段；溫度收縮裂縫主要出現在澆筑完成后2天到10天的時間段；結構自收縮裂縫主要發生在大體積混凝土硬化后的幾天到幾十天的時間段內。

干燥收縮原因分析：混凝土結構內部毛細孔和凝膠孔中的水分在不飽和的空氣中逐漸減少的現象就會產生干燥收縮。

塑性收縮原因分析：混凝土結構在硬化前進入塑性階段，由于表面水分的流失就會造成塑性收縮。

化學收縮原因分析：混凝土中的水泥在發生水化反應后，固相體積會增加，但是水泥-水這一體系的絕對體積值則是減小的，這樣就會形成許多的毛細孔縫，毛細孔隙增加同時會制約水化反應的發生。當混凝土結構收縮變形的同時受到外部或內部約束，就會產生相應的拉應力，從而造成結構裂縫的產生。

溫度收縮原因分析：大體積混凝土中水泥的用量相對來說較多，產生的水化熱也就比較大，溫升的變化速率也較大，可以達到35℃～40℃，再加上混凝土入模的初始溫度最高溫度可超過70℃～80℃。混凝土熱膨脹系數值是8～12xE-6/℃，當溫度下降20℃～25℃時造成的冷縮量值大于混凝土結構的極限拉伸值，這樣就會引起混凝土開裂。

結構自收縮原因分析：大體積混凝土結構內部的水分含量隨著水泥水化反應的進行而不斷減少，這一過程我們稱之為自干燥；這一過程中混凝土結構內的毛細空隙中的水分不再飽和，同時會產生負壓，這樣就引起了混凝土結構自收縮。干燥收縮和結構自收縮原理幾乎是一樣的，水膠比越低，自收縮現象所占比例也就越大。

在大體積混凝土結構施工期間，施工環境下外界的氣溫、濕度變化對產生混凝土裂縫也有著很大的影響作用。混凝土的內部溫度是混凝土澆筑入模溫度、水化熱反應引起的升高溫度和結構向外界散發熱量造成的溫度降低等相互影響疊加形成的。澆筑入模溫度與外界的環境溫度有著直接聯系，外界氣溫越高，混凝土的澆筑入模溫度也越高。外界溫度降低會增加大體積混凝土內外溫度溫差，這樣就形成了溫度應力，在應力的作用下很容易形成裂縫。施工時外界環境的濕度也影響著混凝土裂縫的形成，外界濕度降低時會使混凝土土表面的干燥收縮加速導致混凝土裂縫的產生。

2制定防裂預防措施

根據以上分析得出的大體積混凝土在施工過程中產生裂縫的原因，制定相應的預防措施。

21通過選擇用料進行控制的預防措施

采用雙摻技術法控制：雙摻是指同時摻加粉煤灰和堿水劑。在大體積混凝土中，使用粉煤灰來取代其中一部分水泥，這樣就會使混凝土水化反應產生的熱量降低，可以有效預防溫度裂縫，同時摻入粉煤灰還會提高混凝土的密實度，提高抗滲性；摻入粉煤灰對混凝土的收縮性能也有重要影響：混凝土中使用中砂粉煤灰的摻入量不超過30%時，混凝土前7天齡期的收縮值會增加近1倍，只有在摻入量大于30%時對混凝土的收縮才有比較明顯的抑制作用；而混凝土中使用細沙時，前3天齡期的收縮值增加不會太多，28d的收縮量小于普通混凝土，這是由于粉煤灰水化作用的需水量很少降低了用水量，減少了混凝土結構的收縮，其120天的收縮量可以降低5%～10%；粉煤灰在混凝土結構后期的二次水化過程中消耗混凝土中的Ca（OH）2，減少了化學收縮量，使混凝土更加密實可以降低結構的后期收縮量；在使用粉煤灰超量添加的方式控制大體積混凝土的裂縫時，后期收縮會得到較大的抑制其120天收縮值降低10%～20%，可是這樣做必須通過嚴格計算，在保證達到混凝土的強度要求下才能進行。

22通過溫度調節進行控制的預防措施

澆筑時控制混凝土的澆筑入模溫度，不可超過25℃。在澆筑過程中采用分層澆筑的施工方法施工，厚度較大的大體積混凝土每層的澆筑厚度控制在50cm，并且保證分層澆筑的時間間隔不少于10天。為了減少混凝土終凝后的鑿毛時間，可以在上一層混凝土澆筑完成后初凝與終凝期間使用水龍頭沖洗混凝土表面的浮漿直至碎石外露。下一層混凝土澆筑前在接縫處安裝溫度筋（可以選擇Ф10@150×150的鋼筋網片）和防裂筋，布置在新澆筑的混凝土層的底面上。

施工過程中在大體積混凝土結構中每間距5米設置測溫點，每2小時測量所有測溫點上中下三個部位的混凝土結構內部溫度和大氣溫度，大氣與混凝土結構表面溫差最好控制在20℃以內，內部相鄰測點溫差不應大于25℃。根據溫差的這些控制要求，我們可以在大體積混凝土內部布置冷卻水管，通過通水冷卻來保證內部溫差在要求范圍之內。同時澆筑完成后的混凝土結構表面一定要做到潮濕養護，澆筑振搗完成后立即用麻袋或者塑料薄模等覆蓋，等到初凝后及時進行儲水保溫或者澆水養護；保證表面濕潤養護的時間不得少于14天。澆筑施工完成24h～48h后可略松開模板，并澆水養護，同時需要注意拆模的時間不得少于7天。

大體積混凝土的裂縫問題我們應該以以預防為主，避免后期處理裂縫。這樣就需要我們在設計、施工的各環節提前制定預防控制措施，并保證嚴格按照制定的措施執行才能最大程度上解決裂縫問題。以上的各項防裂控制措施并不是單獨存在的，它們是互相關聯、互相制約的，設計、施工過程中必須結合實際情況考慮全面才能起到預期的效果。實踐證明，在通過優化混凝土配合比設計、改良施工工序、嚴格控制溫度、加強后期養護等方面采取了有效的技術預防措施后，完全可以有效地控制大體積混凝土裂縫形成。

[作者簡介]郭寶鑫（1981—），男，漢族，河北秦皇島人，本科，任項目技術負責人。研究方向：施工技術。