大体积混凝土裂缝产生的原因与防控措施
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作者: 姚慧 葛广鹏 张坤
摘 要：大体积混凝土结构物，经常出现很多裂缝。混凝土开裂在工程建设中是一个普遍存在的现象，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。所以如何采取有效措施防止大体积混凝土的开裂，是一个值得关注的问题。文章从混凝土内部温度分布情况及其变化规律着手，分析了大体积混凝土施工过程中裂缝产生的原因，并提出相应的防控措施。
关键词：大体积混凝土；裂缝；原因；防控措施
随着我国建筑市场的快速发展，大型建筑工程也变得越来越多，一些建筑物的基础（箱形基础或筏板基础）都有厚度较大的钢筋混凝土底板，就会出现大体积混凝土（混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于1m的部位所用的混凝土称为大体积混凝土），而大体积混凝土硬化时要释放出大量的水化热，使混凝土内部温度过高，由于混凝土内部温度与外界环境温度之间存在温差，经常出现很多裂缝。
1 大体积混凝土裂缝的产生原因
混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，原材料不合格（水泥安定性不良或骨料中含泥量过多），施工方法不合理，基础不均匀沉降等，归纳起来主要有以下几点：
1.1 温度应力引起裂缝（温度裂缝）
温度裂缝产生主要原因是由温差造成的。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，所以水泥产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，以至于越积越多，使内外温差增大，产生温度应力。水化热产生的混凝土内部最高温度，多发生在浇筑后的最初3 天至5 天，以后逐渐降低。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。
1.2 混凝土收缩引起裂缝
混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必需的，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分蒸发引起的混凝土收缩。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，在混凝土内部产生很大的收缩应力，导致混凝土的开裂。
1.3 约束条件的影响
大体积混凝土与地基浇在一起，早期混凝土温度上升时，混凝土膨胀受到地基约束会产生压应力；当后期温度下降时，混凝土收缩 受到地基约束便会产生拉应力。由于混凝土的抗压性能优于抗拉性能，所以在受压时一般不会出现裂缝，而在受拉时，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会在混凝土中出现垂直裂缝。
2 大体积混凝土裂缝的防控措施
2.1 优选原材料
水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，大体积混凝土施工中优先采用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。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17J/g～21J/g，7d和20d均增加4J/g～12J/g。合理选用水泥是控制温度裂缝的有效措施。
2.2 优化配合比
选用良好级配的骨料，降低水灰比，可减少水泥用量，还能提高混凝土强度。掺粉煤灰可替代部分水泥，既可降低水泥用量，减少水化热，且由于粉煤灰的水化反应较慢，可推迟放热高峰的出现时间；掺加一定用量外加剂，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）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。
2.3 控制砼出机温度和入模温度
采取措施降低原材料温度，如在原材料堆场搭设简易遮阳装置，必要时向骨料喷射水雾或使用前用冷水冲洗，降低砼出机温度，从而降低大体积砼的总温升值和减小结构的内外温差。调整浇筑时间，避开在太阳辐射较高的时间浇注，以免因暴晒而影响质量。浇注尽量安排在夜间进行。
2.4 设置构造钢筋
构造钢筋能有效抵抗拉应力，防止混凝土因抗拉强度不高而开裂。
2.5 采用合理的施工方法
大体积混凝土浇注要求分层、分段进行，分层流水振捣，尽可能采用薄层连续浇筑法，使水化热在浇筑时便于散发，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密，避免产生冷缝从而提高结构整体性和抗剪性能。浇筑顺序应根据具体工程结构确定，通常按该工程项目划分表的单元工程进行划分。在浇筑过程中，应遵循“同时浇捣、分层推进，一次到顶，循序渐进”的成熟工艺。
2.6 加强后期养护
养护主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内表温差，促进混凝土强度的正常发展，防止混凝土裂缝的产生和发展。温度控制就是对混凝土的浇筑温度和混凝土内部的最高温度进行控制。在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点：（1）混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于 25℃-30℃。（2）混凝土拆模时，混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括 表面温度、中心温度和外界气温。（3）采用内部降温法来降低混凝土内外温差，在混凝土结构内部预埋冷却水管，通过冷水循环进行冷却。（4）保温法是在结构外露的混凝土表面覆盖保温材料（如 草袋、锯木、湿砂等），以控制混凝土的内外温差小于20℃。
本工程基础砼的养护采用保温蓄热养护，在砼表面压光，混凝土初凝后随即用塑料薄膜进行覆盖，待混凝土终凝后，在薄膜上覆盖阻燃草帘，浇水保湿养护。通过对砼温度和应力的监测，如发生温度偏差大于控制指标（温差>25℃）则立即采用蓄水法养护。
3 结语
大体积混凝土的开裂是目前工程界关注的一个重要问题，根据大体积混凝土的性质，结合施工现场的实际情况、施工条件，采取优选原材料和优化混凝土的配合比，并按照大体积混凝土施工要求，采用合理的施工方法。编制好施工方案，做好充分的施工准备，并严格按照施工方案组织施工，同时做好混凝土的振捣、抹面及养护，结合多种预防处理措施，加强现场协调与管理工作，通过对原材料和施工工艺两个方面的控制，就能有效的防止裂缝的发生，保证大体积混凝土的施工质量。
参考文献
[1] 蒋叶萍.大体积混凝土施工和质量控制[J].西部探矿工程，2002，14 （z1）.
[2] 韩亦斌.大体积混凝土施工中的温度控制[J].中国建设信息，2002（15）.
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