大体积混凝土开裂原因和对策

朱才岳

摘要：随着建筑规模不断扩大，大体积混凝土逐渐成为构成大型设施或者构筑物主体的重要组成部分，大体积混凝土开裂的问题在工程建设中带有一定普遍性的技术问题，裂缝一旦形成，特别是基础贯穿裂缝出现在重要的结构部位，危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，同时会可能危害到建筑物的安全使用。所以怎样采取有效方法防止大体积混凝土的开裂，是一个重要任务。

关键词：大体积混凝土；裂缝；防裂方法

Abstract: with the construction scale unceasingly expands, the mass concrete gradually become a large facilities or structures of the subject is an important component of the mass concrete crack problems in engineering construction with certain universality of the technical problems, the crack once formed, especially through the cracks appear based on the structure of the important position, the harm is great, it will lower the durability of structures, weaken the bearing capacity of the component, at the same time will may harm to the safety of the building use. So how to take effective methods to prevent of mass concrete crack, and is an important mission.

Keywords: mass concrete; Crack; Guards against the crack method

中图分类号：TV544+.91文献标识码：A文章编号：

1， 大体积混凝土

大体积混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的 1／10左右。大体积混凝土的断面尺寸较大，因为水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升；和在以后的降温过程中，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋，或者不配钢筋。所以，要由混凝土本身来承担拉应力。

2， 大体积混凝土裂缝形成的原因

2．1 收缩裂缝

大体积混凝土在逐渐散热和硬化过程中会造成其体积的收缩，对于大体积混凝土，这种收缩更加明显。若混凝土的收缩受到外界的约束，就会在混凝土体内产生相应的收缩应力，当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。影响混凝土收缩的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量和水泥品种。混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土收缩就越大。水泥品种对干缩量和收缩量也有很大的影响，一般中低热水泥和粉煤灰水泥的收缩量较小。

2．2 温差裂缝

混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝产生的主要原因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。温差的产生主要有三种情况：第一种是在混凝土浇筑初期，这一阶段产生大量的水化热，形成内外温差并造成混凝土开裂，这种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第 3天(升温阶段)。另一种是在拆模前后，这时混凝土表面温度下降很快，

从而造成裂缝产生。第三种情况是当混凝土内部温度高达峰值后，热量逐渐散发而达到使用温度或者最低温度，它们和最高温度的差值即内部温差。这三种温差都会产生裂缝，但最严重的是水化热引起的内外温差。

2．3 安定性裂缝

安定性裂缝表现为龟裂，主要是因为水泥安定性不合格而引起。

3， 裂缝的防治方法

3．1 设计方法

(1)精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，应用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。

(2)增配构造筋，提高抗裂性能。应应用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0．3％-0．5％之间。

(3)避免结构突变产生应力集中。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强方法。

(4)在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。

(5)在结构设计中应充分考虑施工时的气候特点，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距 20—30m，保留时间一般不小于 60d。如不能预测施工时的具体条件，也可临时按照具体情况作设计变更。

3．2 原材料控制方法

(1)水泥

因为温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，为了降低水化热，要尽量采取早期水化热低的水泥，因为水泥的水化热是矿物成分和细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数，硅酸盐水泥的矿物组成主要有 ：C3S、C2S、C3A和 C4AF，试验表明：水泥中铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(C3S)含量高的，水化热较高，所以，为了减少水泥的水化热，必须降低熟料中 C3A和 C3S的含量。在施工中一般应用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率，试验表明比表面积每增加100cm2／g，1d的水化热增加 17-21J／g，7d和20d均增加4-12 J／g。

(2)掺加粉煤灰

为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们能把部分水泥用粉煤灰代替，掺入粉煤灰主要有以下作用：①因为粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40％-60％，三氧化二铝含量 17％-35％ ，这些硅铝氧化物能够和水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，能取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀 ：②因为粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③同时 ，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构 ，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理 ，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。

(3)骨料

①粗骨料

尽量扩大粗骨料的粒径 ，因为粗骨料粒径越大，级配越好 ，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就越小 ，水化热就随之降低 ，对防止裂缝的产生有利 。

②细骨料

宜应用级配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就能减少，水化热就低，裂缝就减少 ，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大 ，裂缝就越严重，所以细骨料尽量用干净的中粗沙。

(4)加入外加剂

加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会，外加剂对混凝土收缩开裂性能有以下影响 ：

①减水剂对混凝土开裂的影响

减水剂的主要作用改善混凝土的和易性 ，降低水灰比，提高混凝土强度或者在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。

②缓凝剂对混凝土开裂的影响

缓凝剂的作用一是延缓混凝土放热峰值出现的时间，因为混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度也增大了，从而减小裂缝出现的机率，二是改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。

③引气剂对混凝土开裂的影响

引气剂在混凝土的应用对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。在这里值得注意的是 ：外加剂不能掺量过大，否则会产生负面影响，在 GB8076～1977中规定 ，掺有外加剂的混凝土，28d的收缩比不得大于 135％，即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于 35％。

3．3 施工方法控制措施

大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或者冷气冷却 ，降温速度不应超过0．5 -1．0oC／h。对大型设备基础可应用分块分层浇筑(每层间隔时间5 7d)，分块厚度为 1．0～1．5m，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或者厚大的混凝土垫层上时．在岩石地基或者混凝土垫层上铺设防滑隔离层(浇二度沥青胶撒铺 5mm厚砂子或者铺二毡三油)，底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或者减少约束作用。此外 ，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降 15℃以上。尽量应用两次振捣技术，改善混凝土强度 ，提高抗裂性。

3．4 温度控制措施

混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极其敏感的。当混凝土从零应力温度降低到混凝土开裂温度时，混凝土拉应力超过了此时的混凝土极限拉应力。所以，通过应降低混凝土内水化热温度和混凝土初始温度，减少和避免裂缝风险。

人工控制混凝土温度的方法对早期因热原因引起的裂缝作用不明显。比如表面保温材料保护能减少内外温差，但不可避免地招致混凝土体内温度很高，从受约束而造成贯穿裂缝的角度看，是一个潜在恶化裂缝的条件。因为体内热量迟早是要散发掉的。超冷会使混凝土温差过大，引起温差裂缝浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或者用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，可在水平和垂直泵管上加盖草袋并喷冷水。

结语

通过以上分析可知，大体积混凝土的材料型裂缝主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的，如能认真精心选择原材料，并在施工中应用合理的方法，能有效的防止裂缝的发生。

参考文献

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[2] 钢筋混凝土结构设计规范[M]．中国建筑工业出版社，2009．

[3] 鞠丽艳．混凝土裂缝抑制方法 的研究进展[J]．混凝土，2002． (5)．