高层大体积混凝土裂缝的成因及其控制措施

李汉泉

摘要：与一般的混凝土相比较，大体积混凝土具有形体庞大、混凝土数量较多、工程条件复杂、施工技术和质量要求高、混凝土绝热温升高和收缩等特点。因此，大体积混凝土经常出现的问题不是力学上的结构强度，而是混凝土的裂缝。如何防止大体积混凝土的开裂，一直是工程技术人员长期关心和共同研究的主要课题。本文简要分析了大体积混凝土裂缝的成因及配制应注意的事项。

关键词：大体积混凝土 裂缝 成因 配制

0 引言

高层建筑基础主要的特点就是体积大，一般实体最小尺寸大于或等于1m。它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。

1 高层大体积混凝土的裂缝的简要介绍

大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。

但出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它都有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3mm；处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2mm。

对于地下或半地下结构，混凝土的裂缝主要影响其防水性能。一般当裂缝宽度在0.1~0.2mm时，虽然早期有轻微渗水，但经过一段时 间后，裂缝可以自愈。如超过0.2~0.3mm，则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中应尽量避免超过0.3mm贯穿全断面的裂缝。如出现这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行化学灌浆加固处理。

2 高层大体积混凝土裂缝的成因

大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素：由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但受拉力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。裂缝产生的主要原因有以下几方面：

2.1 水泥水化热

水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3~5天。

2.2 外界气温变化

大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。

温度应力是由于温差引起温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60~65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

2.3 混凝土的收缩

混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必须的，而约80%的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺（特别是养护条件）等。

3 高层大体积混凝土养护的现状

现行的规范、标准多数指出的是要养护多长时间，而没有规定什么时候开始养护。

如图1所示：混凝土约束应力是升温产生的膨胀压应力和自收缩产生的拉应力叠加的结果。在温度达不到tz1以前，混凝土仍处于塑性状态，故为零应力。此后温度上升，混凝土内部产生压应力(这时可以采取降温措施)；温度达到峰值后，开始下降到tz2时出现第二次零应力，此后即开始产生拉应力。如果在温度达到tz1，以后向混凝土浇低于环境温度的凉水就可能产生“热振”，产生开裂。所以，必须控制洒水的时间和洒水的温度。做到及“早”、尽“早”养护，养护时间长短适当。水灰比越低越需要即时加强外部补充水养护，但时间可以短些，一般0.45水灰比养护7d就可以，不必再延长养护时间。

4 对冷缝的控制措施

“冷 缝”是指现浇混凝土与已浇筑混凝土之间，由于间隔时间过长形成的隐形缝隙。现在对这种缝隙没有现有规范和标准进行检验。只是认为“只要在初凝前接茬就没有问题”。混凝土接茬时间的控制：混凝土凝结到什么程度以前，它与新浇筑的混凝土之问粘结会不会受到损害呢?为此，对不同凝结程度的接缝处混凝土力学强度进行了试验。

先在试模内浇筑一半混凝土，待这部分混凝土凝结程度达到贯人阻力的1.0MPa、2.0MPa和3.5MPa时，再浇筑另一半混凝土。劈裂试验结果说明，随着浇筑第二层混凝土时第一层混凝土凝结程度的增加(贯入阻力由1.0MPa增加到3.5MPa)，接缝处劈裂抗拉强度降低。将上述成型试件在接缝处劈开，发现贯入阻力为3.5MPa时浇筑第二层混凝土的试件，在接缝处整齐地劈为两半，由此可见，接缝处的两层混凝土并没有结合成为整体，然而当一层混凝土贯入阻力为1.0MPa时，再浇筑第二层混凝土的试件，没有一试件在接缝处破裂，更没有整齐地劈为两半，接缝处具有良好的整体性。试验表明，当先浇筑的混凝土凝结进展到达初凝(贯入阻力3.5MPa)，再浇筑上面一层新混凝土，会产生冷缝，两层混凝土之间的粘结会受到严重的损害，接缝处强度降低.结构不具有整体性。要避免形成冷缝，使两层混凝土结合完整，应该在先浇筑的混凝土凝结进展到贯入阻力1.0MPa～3.5MPa以前浇筑新混凝土(见图1)。

新拌混凝土达到初凝时，很难对混凝土进行有效的振动捣实，虽然振动棒在自身重量的作用下能够下沉，振动棒周围的混凝土也能够形成流体，但只在振动棒周围的小范围内，捣实半径太小，从实用角度看，振动捣实应该在混凝土的贯入阻力达到1.0MPa以前完成。对膨胀剂的盲目迷信。许多单位在大体积混凝土掺加膨胀剂，认为“膨胀可以抵消或抵抗收缩”。

对混凝土进行现场取样、制作试件；对混凝土进行测温，温差最大的为19℃；制作的“冷缝”检查试件，无一在接缝处劈裂；泵送顺利、情况良好；混凝土表观整洁、光滑、密实，无通病。