浅析控制预防大体积混凝土裂缝的措施及方法
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摘要：在现代工业与民用建筑中，大体积混凝土的工程规模越来越大，结构形式也越来越复杂。由于大体积混凝土结构体积大，其内部聚集的热量不易散失导致在施工中的大体积混凝土裂缝问题日显突出，它的出现会降低建筑物的抗渗能力，直接影响建筑物的使用功能和承载能力。
关键词：大体积混凝土；裂缝；预防；控制
Abstract: in the modern industrial and civil construction, mass concrete project scale more and more big, structure is becoming more and more complicated. Due to the large mass concrete structure, its internal heat is not lost, leading to the construction of mass concrete crack problem more prominent, and it can reduce the structure of the ability to resist infiltration, directly affect the use function and carrying capacity of the building.
Key words: mass concrete; Fracture; Prevention; control
中图分类号：TV544+.91文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1、概述：
1.1地下室大体积裂缝现状
结构设计是建立在强度的极限承载力基础上的，但实际上往往以裂缝作为控制标准。例如：结构的荷载试验，破坏形式有三种：受压区砼破坏；挠度超过规定；裂缝宽度超过规定。试验中往往是第三条最先达到。
砼的微观裂缝与宏观裂缝——砼是一种非匀质材料，由多种原材料组成，内部有很多缺陷，例如：骨科与水泥浆之间、骨料本身都存在细微裂缝，当砼受压时，荷载达30%极限强度以下，微裂几乎不动；30—70%时，微裂开始扩展；70—90%时，微裂显著扩展并迅速增多，且串联起来直至完全破坏。
砼微裂是肉眼不可见的，肉眼可见以0.05mm为界：＜0.05mm，微观裂缝；＞0.05mm，宏观裂缝。一般工业及民用建筑中，宽度＜0.05mm对结构、使用都无危险性，故假设具有＜0.05mm的裂缝为无裂缝结构。所谓不允许裂缝设计，也只能是相对于无大于0.05mm初始裂缝的结构。
这就告诉人们这样一个概念；无裂缝之砼是不存在的，用户如有这种要求也是不能满足的。工程技术人员的责任是将砼的裂缝控制在无害范围之内。例如：核电站砼也没有做到完全无缝，只是控制＜0.01mm。
1.2裂缝的危害性
对于地下室结构而言,当产生贯穿性裂缝时将引起结构漏水,从而影响结构的安全度及其使用功能,这种裂缝是致命的。而底板表层产生的浅层及深层的温差收缩裂缝,虽然是非贯穿性裂缝,但会增加钢筋的锈蚀和混凝土的碳化速度,也必须加以处理和补强措施,否则也会影响使用年限。
对于大体积混凝土，《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000中有以下定义：“混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。清楚了大体积混凝土的定义，就会明白哪些混凝土需要按大体积混凝土来进行控制。
据有关资料，当混凝土内外温差≤25℃时，混凝土的裂缝有可能不产生，没有约束就不会有应力。因此工程技术人员必须了解大体积混凝土中温度变化所引起的应力状态对混凝土结构的影响，认识温应力的特点，掌握温度应力的变化规律，在施工过程中加强对大体积混凝土结构内外温度监测，及时调整方案和措施，把内外温差控制在范围内，避免裂缝的产生。
2.1控制预防大体积混凝土裂缝主要措施和方法
在工程设计中，根据结构所处的具体时空条件灵活应用“抗放结合准则”。从结构形式的选择方面(微动、滑动及设缝措施，提供“放”的条件)及材料性能方面(提高抗拉强度、抗拉变形能力及韧性等提供“抗”的条件)采取综合措施，如抗放相结合，以抗为主或以放为主的措施。
2.1.1合理确定混凝土的强度等级
在裂缝控制中决定混凝土抗力的是抗拉强度，混凝土标号的提高可明显提高混凝土的抗压强度，但对抗拉强度的提高是很小的。而且，提高了混凝土标号，水泥用量提高，混凝土中心温度提高，混凝土的收缩量也增大，这对抗裂是不利的。因此应根据工程需要合理确定混凝土的标号。而且可以考虑根据工程特点，利用后期强度，如60d，90d，120d强度，允许工程在60d，90d或120d达到承载力所需要的强度，这样可以减少水泥用量，减少水化热和收缩。
2.1.2增配构造筋
钢筋能起到控制裂缝的扩展、减小裂缝宽度的作用。适当的配筋，将约束混凝土的塑性变形，从而分担混凝土的内应力，推迟混凝土的裂缝出现，亦即提高混凝土的极限拉伸强度。据有关文献论述，较细较密的配筋可以提高抗裂能力，其合理的配筋率为0.3~0.5％，构造配筋率约为0.2~0.5％。
在墩台施工中增加负弯矩筋等，配筋采用小直径、小间距可大大提高混凝土抗裂性能和贯穿性开裂，当配筋率0.3％时则混凝土容易开裂。在基础面筋上加设铁丝网或小直径钢筋网，以提高砼表面抗裂性。适当增配预应力筋，以预应力筋的张拉力来抗混凝土的温度收缩应力。
2.1.3施加预应力
普通钢筋混凝土构件的抗拉极限应变只有0.0001～0.00015。构件混凝土受拉不开裂时，构件中受拉钢筋的应力只有20～30N/mm2；即使允许出现裂缝的构件，因受裂缝宽度限制，受拉钢筋的应力也仅达150～200 N/mm2。钢筋的抗拉强度未能充分发挥。预应力混凝土是解决这一问题的有效方法，即在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对混凝土施加预压应力。当构件在使用阶段时，外荷载作用下产生的拉应力，首先要抵消预压应力，这就推迟了混凝土裂缝的出现并限制了裂缝的开展，从而提高了构件的抗裂度和刚度。
因此在构件使用前，对结构构件受拉区的钢筋在弹性范围之内的拉伸，利用钢筋的弹性回缩，对受拉区的混凝土预先施加预压应力，以提高构件的刚度、抗裂性和耐久性。
2.1.4设置后浇带
设置“后浇带”可以控制施工期间较大温差与收缩应力。按理论计算，消减收缩应力的有效间距为20～60 m。后浇带可以控制结构的裂缝，但不利的是，后浇带的垃圾清理困难，接缝不密实，防水质量差，后期可能形成两条裂缝，因此要注意后浇带的构造。后浇带的间距不宜过长（30 m左右），填充封闭时间不宜过短，以能将总降温及收缩变形进行一半以上的时间为佳，从混凝土的收缩量看，估计3~6个月方能取得明显效果，最短不少于45天，在软土地区，填充时间在结构封顶以后，方可有效地释放差异沉降的应力。
超长工程不设置伸缩缝须有裂缝控制措施。
2.1.5 设置膨胀加强带
后浇带只在较短的间距范围对消减收缩应力起显著的作用，超过一定长度，即使设后浇带也没有意义。
超长无缝混凝土结构是以HEA补偿收缩混凝土为结构材料， 以加强带取代后浇带连续浇筑的超长钢筋混凝土结构。利用掺HEA的补偿收缩混凝土为结构材料， 在硬化过程中产生膨胀作用， 由于钢筋和邻位约束， 在结构中建立0.2～0.7MPa的少量预压应力， 通过在结构不同部位调整混凝土中HEA掺量可使不同区段获得不同的预压应力， 以此来补偿混凝土在硬化过程中因温差和干缩产生的拉应力， 从而防止裂缝出现， 起到抗渗、防水的作用。
采用这种办法，可以不留或少留伸缩缝（后浇带），提高结构的整体性，减少留缝给施工带来的麻烦，从而加快施工进度，并缩短工期和减少施工管理费用。
2.1.6控制混凝土温升
为控制大体积混凝土结构因水化热而产生裂缝，严格控制混凝土原材料的质量和技术标准。特别在泵送混凝土工艺中一定要采取“精料方针”。混凝土的水灰比很重要，应在满足混凝土强度要求及泵送工艺要求条件下尽可能降低，可以掺入必要的减水剂。
①水泥品种的选择。混凝土升温的热源是水泥水化热，因此选用低水化热、低收缩的水泥品种可以减少水化热和收缩，使混凝土减少升温减少裂缝。
②掺入粉煤灰外加料：在尽量少用水泥的基础上，掺入一定量的粉煤灰，以保证胶凝材料的总量。
③粗细骨料级配：自然连续级配的粗骨料配制的混凝土具有较好的和易性，较少的用水量和水泥用量以及较高的抗压强度，级配良好的石子。增大骨料粒径可减少水量及水泥用量，降低水泥的水化热。
④控制水灰比水灰比宜在0.5~0.55间，砂率宜在40％~45％间。
控制混凝土的出机温度：影响温度最大的是石子、水、其次是砂，水泥最小。因此在气温较高时，应在砂石堆场搭设简易遮阳装置。另外，在高温地区施工，为防止钢模板经太阳暴晒过热，可在浇筑混凝土时在钢模板外侧撒水降温。
结论
总而言之，建筑大体积混凝土裂缝预防和控制是个复杂的系统工程，要从结构设计、施工、材料等方面全盘考虑，通过合理的材料选择与严密的设计方案、科学的混凝土配合比、严格施工组织和完善的工艺相结合，才能确保混凝土的施工质量，达到预防和控制混凝土结构裂缝的目的。