大体积混凝土裂缝浅析
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作者: 张涛
摘 要 大体积混凝土在施工过程中普遍会遇到裂缝控制问题，笔者通过多年的现场实践，并查阅有关混凝土方面的资料，对混凝土裂缝产生的原因、类型、裂缝的温度控制和预防措施进行等进行阐述。
关键词 大体积混凝土；裂缝；混凝土内部应力；裂缝控制
大体积混凝土在现代工程建设中占有重要地位。然而混凝土的裂缝存在较为普遍，这是因为混凝土体积大，聚集的大量水化热会导致混凝土内外散热不均匀，在受到内外约束的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力并很可能导致裂缝产生，为工程结构埋下严重质量隐患。因此，探讨裂缝产生的原因和防止裂缝的出现就显得格外重要。
1.定义
所谓大体积混凝土，一般理解为尺寸较大的混凝土。美国混凝土学会给出了大体积混凝土的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂的影响，即称为大体积混凝土。
2.大体积混凝土裂缝类型及裂缝产生原因分析
2.1 类型
混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。大体积混凝土结构裂缝主要包括温差裂缝、安定性裂缝、自身收缩裂缝、塑性收缩裂缝等，文章将重点分析温差裂缝的原因与防控措施。
2.1.1 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，形成内外温差并导致混凝土开裂，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，从而导致裂缝产生。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最低温度，它们与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。
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。
2.1.2 安定性裂缝 安定性裂缝表现为龟裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起。
2.1.3 收缩裂缝 混凝土在逐渐散热和硬化过程中会导致其体积的收缩，对于大体积混凝土，这种收缩更加明显。如果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、水泥用量及水泥品种。混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土收缩就越大。水泥品种对干缩量及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。收缩裂缝又分三种：干燥收缩裂缝、塑性收缩裂缝、自身收缩裂缝。
3.温度控制和防止裂缝的措施
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。因此，大体积混凝土施工重点主要是通过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。将温度应力产生的不利影响减少到最小，防止和降低裂缝的产生和发展。
控制温度的措施如下：1）采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；3）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；6）施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；
人工控制混凝土温度的措施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可以减少内外温差，但不可避免地招致混凝土体内温度很高，从受约束而导致贯穿裂缝的角度看，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。另外人工控制混凝土温度还需注意的问题是防止过速冷却和超冷，过速冷却不仅会使混凝土温度梯度过大，而且早期的过速超冷会影响水泥――胶体体系的水化程度和早期强度，更易产生早期热裂缝。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，可在水平及垂直泵管上加盖草袋并喷冷水。
4.结语
以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。
参考文献
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[4] 王兴宇. 大体积混凝土裂缝产生原因及其预防控制措施. 黑龙江科技信息，2009（2）.
作者简介：张涛（1983-），助理工程师，从事混凝土研究。
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