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浅谈大体积混凝土裂缝的成因及措施

发表时间：2020/12/29 来源：《基层建设》2020年第24期作者：敖伟

[导读] 摘要：在现代工业与民用建筑中，大体积混凝土的工程规模日趋扩大，结构型式也日趋复杂。

        海南建弘项目管理有限公司海南海口 570102
        摘要：在现代工业与民用建筑中，大体积混凝土的工程规模日趋扩大，结构型式也日趋复杂。本文主要分析了混凝土裂缝的成因，并提出相对应措施。
        关键词：大体积混凝土；裂缝成因；控制措施
        1 裂缝产生的主要原因分析
        1.1水泥水化热的影响
        水泥水化过程中放出大量的热，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
        1.2混凝土的收缩的影响
        混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的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。引起的混凝土裂缝主要有塑性收缩裂缝、干燥收缩裂缝和温度收缩裂缝3种。在硬化初期主要是水泥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。
        1.3外界气温、湿度变化
        大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对裂缝的产生有着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和结构的散热温度等各种温度叠加和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；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。
        1.4外部荷载的影响
        结构物在施工及使用过程中承受两大类荷载，第一类荷载，包括永久荷载、可变荷载、风雪的荷载等；第二类荷载，包括温度、收缩及不均匀沉陷等。外界温度的变化对混凝土的影响也不容忽视。
        2 大体积混凝土施工质量控制措施
        为了有效的控制有害裂缝的出现和发展，必须从指控混凝土的水化升温，延缓降温速率，减小混凝土收缩，提高混凝土的极限拉伸强度，改善约束条件和设计构造等方面全面考虑，结合实际采取措施。
        2.1降低水泥水化热和变形
        （1）选用低水化热或中水化热的水泥品种配置混凝土，如：矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。但是，水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大，在浇筑层表面有大量水析出。这种泌水现象，不仅影响施工速度，同时影响施工质量。因析出的水聚集在上下两浇筑层表面间，使混凝土水灰比改变，而在泌水时又带走了一些砂浆，这样便形成了一层含水量多的夹层，破坏了混凝土的粘结力和整体性。混凝土泌水性的大小与用水量有关，用水量多，泌水性大；且与温度高低有关，水完全析出的时间随温度的提高而缩短；此外，还与水泥的成分和细度有关。所以，在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种，并应在混凝土中掺入减水剂，以降低用水量。
        （2）充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。根据实验，每增加10kg水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。所以，大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量。
        （3）使用粗骨料，尽量选用粒径较大，级配良好的粗细骨料，控制砂石含泥量，掺加粉煤灰等掺合料或掺加相应的减水剂，缓凝剂，改善和易性，降低水灰尘比，以达到减少水泥用量，降低水化热的目的。尤其是砂石中的含泥量，若骨料中含泥量偏多，不仅增加了混凝土的收缩变形，又严重降低了混凝土的抗拉强度，对抗裂的危害性很大。
        （4）在基础内部预埋冷却水管，通入循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。
        （5）在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中，掺加总量不超过20%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节省水泥和降低水化热的目的。

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        （6）在拌合混凝土时，还可掺入适量的微膨胀剂或膨化水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。
        （7）改善配筋，为了保证每个浇筑层上下均有温度筋，可建议设计人员将配筋适当调整。温度筋分布细密，一般用Φ8钢筋，双向配筋，间距150，这样可以增加抵抗温度的能力，上层钢筋的绑扎，应在浇筑完下层混凝土后进行。
        （8）设置后浇带。当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇带，以减小外应力和温度应力，同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。
        2.2降低混凝土温度差
        （1）选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑混凝土。夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土，可对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷，或对骨料进行覆盖或设置遮阳装置，避免阳光直晒，运输工具如具备条件也应搭设避阳设施，以降低混凝土拌合物的入模温度。
        （2）掺合相应的缓凝型减水剂，如木质素磺酸钙等。
        （3）在混凝土入模时，采取措施改善和加强模内的通风，加速模内热量的散发。
        2.3加强施工中的温度控制
        （1）在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，降低温度应力，夏季应避免阳光暴晒，注意保湿，冬季应采取保温覆盖，避免急剧的温度梯差发生。
        （2）采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的应力松弛效应。
        （3）加强温度监测和管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基地温差均控制在20℃以内，及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和湿度不至于过大，以有效控制有害裂缝的出现。
        （4）合理安排施工顺序，控制混凝土在浇筑中均匀上升，避免混凝土拌合物堆积过大高差，在结构完成后及时回填，避免其侧面长期暴露。
        （5）提高混凝土的表面温度对大体积混凝土表面实行保温潮湿养护，使其保持一定温度，或加热养护，是防止混凝土内部和外表面产生过大的温差而引起表面裂缝的有效措施。对于采用钢模或木模浇筑的大体积混凝土，带模养护有一定的保温作用，还可在模板外面挂草帘，以加强混凝土外侧表面的保温。有些工程采用一砖厚的永久性砖模（混凝土硬化后亦不拆除），有较好的保温效果。对于大体积混凝土基础底板的上表面，可铺土、铺砂、灌水养护，亦可铺盖黑色塑料薄膜加盖草袋进行保温保湿养护。必要时还可对表面进行加温，以减小内外温差。
        2.4构造设计上采取防裂措施
        （1）设计合理的结构形式，减少工程量，降低水化热。
        （2）充分利用混凝土在基坑有限条件，在混凝土中掺加微膨胀剂，使其在基坑约束下形成一定的预压力，补偿混凝土内部温度、收缩产生的拉应力，从而有效的避免混凝土裂缝的产生。
        （3）大体积混凝土体积庞大，施工周期一般较长，从而降低设计标号，达到减少混凝土水泥用量，降低水化热的目的。
        （4）由于边界存在约束才会产生温度应力，采用改善边界约束的构造设计，如遇有约束强的岩石类地基、较厚的混凝土垫层时，可在接触面上设滑动层来减少温度应力。
        （5）在设计构造方面还应重视合理配筋对混凝土结构抗裂的有益作用。
        3结论
        虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。
        参考文献：
        [1]胡秀强.建筑工程大体积混凝土施工裂缝控制措施[J].四川建材，2018，44（12）.
        [2]鲍慧.大体积混凝土裂缝产生原因及控制措施[J].技术与市场，2019，26（02）.