大体积构件裂缝控制措施

时间：2024-05-20

梁桦林

河南省商丘市公路局，河南商丘 476200

1 概述

国内外对大体积混凝土有许多不同的定义，至今没有统一标准，我国《混凝土结构工程施工及验收规范》认为，建筑物的基础最小边尺寸在1m～3m 范围内就属大体积混凝土。

随着我国城市大型公共设施和高层建筑的兴建，除水工结构、大型设备基础和桥梁中应用大体积混凝土外，现代工业与民用建筑中大体积混凝土也被广泛使用。高层建筑地下结构裂缝调查中，底板出现裂缝的现象占20%左右，地下室的外墙混凝土出现裂缝的现象占80%左右，这些裂缝的出现势必影响到结构的整体性和耐久性。所以减少大体积混凝土的裂缝显得至关重要。

2 裂缝产生的原因

2.1 水泥水化热与约束的影响

大体积混凝土浇筑后，水泥产生大量的水化热。由于混凝土表面散热的影响，混凝土中心温度向表面递减，产生温度梯度，导致混凝土内外变形不统一，因而产生温度应力，由于混凝土所受约束的不相同而导致产生温度应力大小也不相同，当混凝上抗拉应力不能抵抗温度应力的作用时，结构就会产生裂缝。

2.2 外界环境变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇注温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加组成。浇注温度与外界气温有着直接关系，外界气温越高，混凝土的浇注温度也就会越高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极容易引发混凝土的开裂；另外，外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

2.3 混凝土收缩影响

大体积混凝土收缩包括自由收缩、塑性收缩、碳化收缩和干缩。混凝土在不受外力情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土裂缝的原因主要是后3 类收缩。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

2.4 其它原因

大体积混凝土水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应会产生裂缝；混凝土自身的不均匀性和脆性都是混凝土易于形成裂缝的内在的因素；建筑结构地基不均匀沉降也可产生裂缝；另外，大体积混凝土结构通常是不配钢筋或钢筋数量很少，如果出现了拉应力，就要依靠混凝土本身来承受，也可能产生裂缝。

3 防治措施

大体积混凝土的裂缝破坏了结构的整体性、耐久性、防水性，危害严重，必须加以控制，混凝土的开裂主要是水泥水化热使混凝土温度升高引起的，所以采用适当措施控制混凝土温度升高和温度变化速度，在一定范围内，就可避免出现裂缝。这些措施包含了混凝土施工的全过程，包括选择构造设计、混凝土组成材料、施工安排、浇注前后降低混凝土的措施和养护保温等。

3.1 构造设计措施

1）当混凝土结构尺寸过大时，为减小外约束力、温度应力和混凝土内部热量的散发，降低混凝土的内部温度，可设置后浇带，在正常施工条件下，后浇带间距20m～30m，保留时问一般不小于60 天后浇带封闭时，用补偿收缩混凝土浇灌密实；

2）设置缓冲层:为了缓解地草对基础收缩时的侧压力，可在大体积混凝土的某些部位设置缓冲层；

3）设置增强配筋：在容易开裂部位配置斜向钢筋或钢筋网片或在边缘部位设置暗梁并配置一定数晕的抗裂钢筋，提高该部位的配筋率，可显著提高混凝土的抗裂性能。

3.2 优选混凝土原材料

1）水泥的选择：大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放大量的热量。因此在混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥或硫酸盐水泥，并尽量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温升，提高混凝土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失，可适度增加活性细掺料替代水泥。

2）骨料的选择：骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%～83%，因此，在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料，控制粗细骨料的含泥量，既可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。在选择细骨料时，采用平均粒径较大的中粗砂，从而降低混凝土的干缩，减少水化热量，对混凝土的裂缝控制有重要作用。

3）掺入外加剂（料）：掺入适量的缓凝型外加剂和掺和料，可显著改善混凝土的和易性，从而降低用水量和混凝土的水化热。若在混凝土中掺入占水泥质晕0.25%的木质素磺酸钙,可减少10%的拌和水，节约10%的水泥；若在混凝土中加入适晕的粉煤灰，降低胶凝材料体系的水化热，但掺量不能大于30%。

掺加适量的减水剂，可有效地增加混凝土的流动性，且能提高水泥水化率，增强混凝土的强度，从而可降低水化热，同时可明显延缓水化热释放速度。

3.3 控制大体积混凝土裂缝施工措施

1）控制混凝土入模温度，混凝土入模温度与出机温度密切相关，另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关。在温度较高的情况下进行施工，可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇注前的砂石用冷水降温。在搅拌过程中向混凝土中添加冰水；

2）控制浇筑层厚度和进度，以利散热。每层厚度在300mm～500mm 范围内，上下层浇注混凝土时间间隔不得超过初凝时间；

3）控制混凝土下料时的自由下落高度不大于2m；混凝土白高处自由倾落高度超过2m时，应沿串筒、溜槽、溜管等下落，以保证混凝土不至发生离析现象。

4）混凝土振捣选用插入式振动器，振动器的振捣方法采用垂直振捣，即振动棒与混凝土表面垂直。振动器的操作要做到“快插慢拔”，避免混凝土出现离析现象，同时保证振捣密实。

3.4 混凝土的养护及温度控制

1）正确的保护、养护措施也是防止大体积混凝十裂缝的关键，混凝土的养护条件包含混凝土的潮湿状态及养护温度。湿养护能使混凝十尽可能接近于饱和状态，防止混凝土表面脱水产生干缩裂缝；而保温养护的目的主要是降低大体积混凝土浇筑体的里、外温差值，以降低混凝土块体的自约束应力，同时降低混凝土块体的降温速度，以充分利用混凝土的抗拉强度，达到防止产生和控制裂缝的目的。

2）为降低大体积混凝土的水化热，在混凝土的内部通入冷却循环水，采用循环法保温养护，以便加快混凝土内部的热量散发。为能够较准确地测量出混凝土内部温度，在混凝土中预埋测温管，用水银温度计测温。上下层温差控制在15℃～20℃之内。根据各测点的温度，可及时绘制出混凝土内部温度变化曲线，对照混凝土理论计算值，分析存在的问题，有的放矢地采取相应的技术措施。