淺析大體積混凝土裂縫的成因及防治

周志宇

【摘要】本文分析了大體積混凝土產生裂縫的原因;概括介紹了防止裂縫發(fā)生的措施，可在工程實踐中參考應用。

【關鍵詞】大體積混凝土;裂縫;防裂措施

Causes and prevention of mass concrete cracks

Zhou Zhi-yu

（Suqian fish of Lung Properties LimitedSuqianJiangsu223800）

【Abstract】This paper analyzes the causes of mass concrete cracks; outlines measures to prevent the occurrence of cracks， refer to the application in engineering practice.

【Key words】Mass concrete;Crack;Crack control measures

1. 前言

近年來，隨著國民經濟和建筑技術的發(fā)展，建筑規(guī)模不斷擴大，大型現(xiàn)代化技術設施或構筑物不斷增多，而混凝土結構以其材料廉價物美、施工方便、承載力大、可裝飾強的特點，日益受到人們的歡迎，于是大體積混凝土逐漸成為構成大型設施或構筑物主體的重要組成部分。所謂大體積混凝土，一般理解為尺寸較大的混凝土，美國混凝土學會給出了大體積混凝土的定義：任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度的減少開裂影響的，即稱為大體積混凝土。這就提出了大體積混凝土開裂的問題，開裂問題是在工程建設中帶有一定普遍性的技術問題，裂縫一旦形成，特別是基礎貫穿裂縫出現(xiàn)在重要的結構部位，危害極大，它會降低結構的耐久性，削弱構件的承載力，同時會可能危害到建筑物的安全使用。所以如何采取有效措施防止大體積混凝土的開裂，是一個值得關注的問題。

2. 大體積混凝土裂縫形成的原因

裂縫產生的原因可分為兩類：一是結構型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結構計算中的主要應力以及其他的結構次應力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應力和混凝土的收縮引起的。本文主要探討材料型裂縫。其中具體原因如下。

2.1溫度應力引起裂縫（溫度裂縫）。

目前溫度裂縫產生主要原因是由溫差造成的。溫差可分為以下三種：混凝土澆注初期，產生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導體，水化熱積聚在混凝土內部不易散發(fā)，常使混凝土內部溫度上升，而混凝土表面溫度為室外環(huán)境溫度，這就形成了內外溫差，這種內外溫差在混凝土凝結初期產生的拉應力當超過混凝土抗壓強度時，就會導致混凝土裂縫;另外，在拆模前后，表面溫度降低很快，造成了溫度陡降，也會導致裂縫的產生;當混凝土內部達到最高溫度后，熱量逐漸散發(fā)而達到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值就是內部溫差;這三種溫差都會產生溫度裂縫。在這三種溫差中，較為主要是由水化熱引起的內外溫差。

2.2收縮引起裂縫。

收縮有很多種，包括干燥收縮、塑性收縮、自身收縮、碳化收縮等等。這里主要介紹干燥收縮和塑性收縮。

2.2.1干燥收縮。

混凝土硬化后，在干燥的環(huán)境下，混凝土內部的水分不斷向外散失，引起混凝土由外向內的干縮變形裂縫。

2.2.2塑性收縮。

在水泥活性大、混凝土溫度較高，或在水灰比較低的條件下會加劇引起開裂。因為這時混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補充，這時混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點拉力，混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不均勻的裂縫，出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內的水分蒸發(fā)進一步加大，于是裂縫進一步擴展。

3. 防止裂縫的措施

由以上分析，材料型裂縫主要是由溫差和收縮引起，所以為了防止裂縫的產生，就要最大限度的降低溫差和減小混凝土的收縮，具體措施如下。

3.1優(yōu)選原材料。

3.1.1水泥。

由于溫差主要是由水化熱產生的，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取早期水化熱低的水泥，由于水泥的水化熱是礦物成分與細度的函數(shù)，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調整水泥的細度模數(shù)，硅酸鹽水泥的礦物組成主要有：C3S、C2S、C3A和C4AF，試驗表明：水泥中鋁酸三鈣（C3A）和硅酸三鈣（C3S）含量高的，水化熱較高，所以，為了減少水泥的水化熱，必須降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外，在不影響水泥活性的情況下，要盡量使水泥的細度適當減小，因為水泥的細度會影響水化熱的放熱速率，試驗表明比表面積每增加100cm2/g，1d的水化熱增加17J/g～21J/g，7d和20d均增加4J/g～12J/g。

3.1.2摻加粉煤灰。

3.1.2.1為了減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性，我們可以把部分水泥用粉煤灰代替，摻入粉煤灰主要有以下作用：

（1）由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二鋁含量17%～35%，這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產物進行二次反應，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹;

（2）由于粉煤灰顆粒較細，能夠參加二次反應的界面相應增加，在混凝土中分散更加均勻;

（3）同時，粉煤灰的火山灰反應進一步改善了混凝土內部的孔結構，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結構進一步的細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應收縮值也減少。

3.1.2.2值得一提的是：由于粉煤灰的比重較水泥小，混凝土振搗時比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的摻合料較多，強度較低，表面容易產生塑性收縮裂縫。因此，粉煤灰的摻量不宜過多，在工程中我們應根據(jù)具體情況確定粉煤灰的摻量。

3.1.3骨料。

（1）粗骨料。

盡量擴大粗骨料的粒徑，因為粗骨料粒徑越大，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產生有利。

（2）細骨料。

宜采用級配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因為其孔隙率小，總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱就低，裂縫就減少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收縮變形就越大，裂縫就越嚴重，因此細骨料盡量用干凈的中粗沙。

3.1.4加入外加劑。

加入外加劑后能減小混凝土收縮開裂的機會，外加劑對混凝土收縮開裂性能有以下影響：

（1）減水劑對混凝土開裂的影響。

減水劑的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土強度或在保持混凝土一定強度時減少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的減少對防止開裂是十分有利的。

（2）緩凝劑對混凝土開裂的影響。

緩凝劑的作用一是延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)的時間，由于混凝土的強度會隨齡期的增長而增大，所以等放熱峰值出現(xiàn)時，混凝土強度也增大了，從而減小裂縫出現(xiàn)的機率，二是改善和易性，減少運輸過程中的塌落度損失。

（3）引氣劑對混凝土開裂的影響。

引氣劑在混凝土的應用對改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在這里值得注意的是：外加劑不能摻量過大，否則會產生負面影響，在GB8076～1977中規(guī)定，摻有外加劑的混凝土，28d的收縮比不得大于135%，即摻有外加劑的混凝土收縮比基準混凝土的收縮不得大于35%。

3.2采用合理的施工方法。

3.2.1混凝土的拌制。

（1）在混凝土拌制過程中，要嚴格控制原材料計量準確，同時嚴格控制混凝土出機塌落度。

（2）要盡量降低混凝土拌合物出機口溫度，拌合物可采取以下兩種降溫措施：一是送冷風對拌和物進行冷卻，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的溫度控制在6℃左右。

3.2.2混凝土澆注、拆模。

（1）混凝土澆注過程質量控制。

澆注過程中要進行振搗方可密實，振搗時間應均勻一致以表面泛漿為宜，間距要均勻，以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜，澆注完畢后，表面要壓實、抹平，以防止表面裂縫。另外，澆注混凝土要求分層澆注，分層流水振搗，同時要保證上層混凝土在下層初凝前結合緊密。避免縱向施工縫、提高結構整體性和抗剪性能。

（2）澆注時間控制。

盡量避開在太陽輻射較高的時間澆注，若由于工程需要在夏季施工，則盡量避開正午高溫時段，澆注盡量安排在夜間進行。

（3）混凝土拆模時間控制。

混凝土在實際溫度養(yǎng)護的條件下，強度達到設計強度的75%以上，混凝土中心與表面最低溫度控制在25℃以內，預計拆模后混凝土表面溫降不超過9℃以上允許拆模。

3.2.3做好表面隔熱保護。

大體積混凝土的溫度裂縫，主要是由內外溫差過大引起的?；炷翝沧⒑螅捎趦炔枯^表面散熱快，會形成內外溫差，表面收縮受內部約束產生拉應力，但是這種拉應力通常很小，不至于超過混凝土的抗拉強度而產生裂縫。但是如果此時受到冷空氣的襲擊，或者過分通風散熱，使表面溫度降溫過大就很容易導致裂縫的產生，所以在混凝土在拆模后，特別是低溫季節(jié)，在拆模后立即采取表面保護。防止表面降溫過大，引起裂縫。另外，當日平均氣溫在2～3d內連續(xù)下降不小于6～8℃時，28d齡期內混凝土表面必須進行表面保護。

3.2.4養(yǎng)護。

混凝土澆注完畢后，應及時灑水養(yǎng)護以保持混凝土表面經常濕潤，這樣既減少外界高溫倒罐，又防止干縮裂縫的發(fā)生，促進混凝土強度的穩(wěn)定增長。一般在澆注完畢后12～18h內立即開始養(yǎng)護，連續(xù)養(yǎng)護時間不少于28d或設計齡期。

3.2.5通水冷卻。

若是在高溫季節(jié)施工，則要在初期采用通制冷水來降低混凝土最高溫度峰值，但注意，通水時間不能過長，因為時間過長會造成降溫幅度過大而引起較大的溫度應力。為了削減內外溫差，還應在夏末秋初進行中期通水冷卻，中期通水一般采用河水，通水歷時兩個月左右。后期通水是使混凝土柱狀塊達到接縫灌漿的必要措施，一般采用通河水和通制冷水相結合的方案。

4. 結語

大體積混凝土的開裂是目前學者和工程界關注的一個重要問題，通過以上分析可知，大體積混凝土的材料型裂縫主要是由溫度應力和混凝土的收縮引起的，筆者認為精心選擇原材料，并在施工中采用合理的方法，能有效的防止裂縫的發(fā)生。

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