大体积混凝土裂缝浅析

范雷

摘 要：随着建筑业的逐步发展，大体积混凝土结构得到广泛应用，如大型桥梁、高层建筑、超高层建筑等。本文分析了大体积混凝土裂缝的成因，探讨了裂缝防治措施。

关键词：大体积；混凝土；裂缝

大体积混凝土特点是：结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂，施工技术要求高，水泥水化热较大（ 预计超过25℃），易使结构物产生温度变形。大体混凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大，约束作用所产生的温度应力也愈大，如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝。

1 大体积混凝土裂缝的成因

1.1 荷载引起的裂缝。（1）直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。设计计算阶段，计算模型不合理； 结构受力假设与实际受力不符； 荷载少算或漏算； 内力与配筋计算错误。施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料； 不按设计图纸施工； 擅自更改结构施工顺序； 改变结构受力模式等。使用阶段，超出设计载荷； 发生大风、大雪、地震、爆炸等。（2）次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。在设计外荷载作用下，由于建筑物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。在设计上，应注意避免结构突变，当不能回避时，应做局部处理。

1.2 收缩裂缝。混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量，混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同，干缩、收缩的量也不同。混凝土的逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力，如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。混凝土的收缩现象有好几种，比较熟悉的是干燥收缩和温度收缩。

1.3 温差裂缝。混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝的主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大，特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑，浇筑后，水泥因水化引起水化热，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不容易散发，混凝土内部温度将显著升高，而混凝土表面土则散热较快，形成了较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，此时，混凝土龄期短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土的表面产生裂缝。同时，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，也容易在混凝土表面产生表面裂缝。此种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3 天（升温阶段）。混凝土降温阶段，由于逐渐降温而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束，也会产生很大的拉应力，直至出现收缩裂缝。

1.4 施工材料不合格引起的。混凝土的原材料砂、石含泥量超标，级配较差，水泥安定性存在问题，引起混凝土开裂并且严重影响其强度。

2 大体积混凝土裂缝的控制

大体积混凝土裂缝的控制包括多个方面，如混凝土原材料、配合比、浇筑方法、养护条件等。本文主要从配合比、混凝土浇筑方法、监测点的布置与温控指标和大体积混凝土的养护等四个方面介绍。

2.1 配合比。（1）所配制的混凝土拌合物，到浇筑工作面的坍落度应为（160 ± 20）mm；对强度等级在C25～C40 的混凝土其水泥用量宜控制在230～450kg/m3。（2）拌合水用量不宜大于190kg/m3。（3）矿物掺合料的用量，应根据工程的具体情况和耐久性要求确定；粉煤灰掺量不宜超过水泥用量的40%；矿渣粉的掺量不宜超过水泥用量的50%；两种掺和料的总量不宜大于混凝土中水泥重量的50%。（4）水胶比不宜大于0.55。（5）砂率宜为38%～45%。（6）拌合物泌水量宜小于10L/m3。

2.2 大体积混凝土浇筑施工方法。（1）全面分层适用于结构平面尺寸不大的工程，施工时宜从短边开始，沿长边推进。也可分为两段，从中间向两端或从两端到中间浇筑。（2）分段分层适用于厚度不太大而面积或长度较大的工程。施工时混凝土先从底层开始浇筑，进行至一定距离后浇筑第2 层。依次向前浇筑其它各层。（3）斜面分层适用于结构的长度超过厚度的3倍。振捣工作应从浇筑层的下端开始，逐步上移，并保证混凝土的浇筑质量。

2.3 大体积混凝土监测点的布置与温控指标。（1）监测点的布置范围以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线为测试区，在测试区内监测点按平面分层布置。（2）在测试区内，监测点的位置与数量可根据混凝土浇筑体内温度场和应力场的分布情况及温控的要求确定。（3）混凝土浇筑体在入模温度基础上的绝热温升最大值为45℃。（4）混凝土浇筑体的内外温差（ 不含混凝土收缩的当量温度）为30℃。（5）混凝土浇筑体的降温速率为2.0℃/d。

3 大体积混凝土的养护

3.1 降温法。在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度，称为降温法。由于降温法的适用性和灵活性，国内已广泛应用，降温法基本规定如下：（1）冷却水管宜采用25mm 或19mm 厚的钢管或铝管，按照中心距1.5～3.0m 交错排列，水管上下间距一般为1.5～3.0m。（2）冷却水的温度越低，冷却水与混凝土温度的温差越大，冷却效果越明显。但在冷却过程中，温差将会使周边混凝土产生拉应力，有可能产生裂缝。因此冷却水与混凝土温度的差值不宜大于22℃。

3.2 保温法。对于裸露的混凝土表面和侧面模板周边覆盖保温材料（塑料薄膜、麻袋、土工布等），以免混凝土表面温度与中心温度相差大于规范要求。注意事项如下：（1）保温材料的覆盖层数应根据混凝土的测温结果来确定，同时保证混凝土的中心温度和与混凝土表面温度相差不大于30℃。（2）由于在裸露的混凝土表面覆盖保温材料，注意保温材料的搭接长度，以免水分和温度从保温材料的搭接处散失。

3.3 蓄水法。由于水的导热系数为0.58W/m.K，因此具有一定的隔热保温效果。可以减缓混凝土内部的水化热温度的迅速散失，这样可以在指定的日期内控制混凝土表面温度和中心温度的温差，使混凝土具有较高的抗裂性。蓄水法注意事项如下：（1）当混凝土达到终凝后，在结构物的表面四周砌砖。并在砖墙内砌筑所需的水量。而在混凝土的侧模覆盖必要的保温材料（草袋、麻袋、土工布等）。（2）采用蓄水法控制温度，有利于保证工程质量（尤其是在强度和密实度方面），而且还可以有效地防止混凝土表面龟裂。

4 结语

大体积混凝土经常应用于水工、冶金、核电和电力工程中，具有：结构整体性强，有抗渗要求；结构体积大，混凝土用量大，水泥水化热高，温度应力大等特点。施工中既要预防混凝土浇筑后升温阶段的早期开裂，又要防止混凝土散热冷却时产生收缩应力而造成的结构开裂，故在施工前后必须综合考虑，选择适宜的方法，以防止大体积混凝土裂缝的形成和发展。

参考文献

[1] 徐坤.大体积混凝土的开裂及防治[J].山西建筑，2005，31（13）.