浅淡大体积混凝土裂缝产生的原因及防治措施
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摘要：目前的土木建筑工程，以混凝土结构占主导地位，混凝土结构由于内外因素的作用不可避免地存在裂缝，而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因。混凝土是一种多孔胶凝人造石材，属刚性体，主要特点抗压强度高、抗拉强度低、延伸率微小、易产生收缩裂缝。结合多年的工程实践经验阐述了大体积混凝土裂缝的产生原因及防治措施。
中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：
大体积混凝土的定义
对于大体积混凝土，美国混凝土学会（ACI）规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题以最大限度减少开裂”。根据《5JGJ55一2000普通混凝土配合比设计规程》,其定义大体积混凝土为:混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于lm,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。关于大体积混凝土的定义,当前国内外并无统一的认识与规定,但大体积混凝土结构较之普通混凝土结构除了同具共性之外,其还具有形体庞大,浇筑所需混凝土量大,内部温度峰值与温度应力较大,裂缝控制难度较高等特点"建筑工程大体积混凝土施工中的关键问题是控制混凝土的内外温差和温度变形而造成的裂缝，提高混凝土的抗渗、抗裂和抗蚀性能。对大体积混凝土的温度控制，根据现行《混凝土结构工程施工及验收规范》规定，混凝土浇筑后的混凝土表面与内部温差应不超过25℃。
建筑工程大体积混凝土裂缝产生的原因
温度应力和温度变形
混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大体积砼中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起温度变化的主要因素有年温差、日照、骤然降温、水化热、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当等。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥用量有关，混凝土愈厚，水泥用量愈大，内部温度愈高。所形成的温度应力与混凝土结构的尺寸有关，在一定范围内，混凝土结构尺寸愈大，温度应力也愈大，因而引起裂缝的可能性也愈大。因此，防止混凝土出现裂缝的关键就是控制混凝土内部与表面的温差。
内外约束条件的影响
各种结构在变形变化中，必然受到一定的约束或抑制而阻碍变形，阻碍变形的因此称为约束条件。大体积混凝土因温度变化而发生变形也要受到不同程度的约束，限制其变形，因而产生了约束应力。大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时，受到下部地基的限制，因而产生外部约束应力。混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束而形成压应力，此时混凝土的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使混凝土与基层连接不牢固，因而压应力较小。但当温度下降，则产生较大拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土将会出现垂直裂缝。据有关资料介绍，由外约束应力产生垂直裂缝的部位和裂缝最大值，常发生在结构断面的中点，并靠近基岩，这证明水平应力时引起裂缝的主要应力。混凝土内部由于水泥的水化热而形成中心温度高，膨胀大，因而在中心产生压应力，在表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度值和钢筋的约束作用时，同样会产生裂缝。
混凝土的收缩变形
混凝土的塑性收缩变形
塑性收缩是新拌混凝土失水引起的收缩。它的失水是由表面脱水而引起。新拌混凝土颗粒之间的空间完全充满水，当高风速、低相对湿度、高气温和高的混凝土温度等因素作用时，水从浆体向表面移动，从表面脱水，这时，产生毛细管负压力，随着失水增加，毛细管负压逐渐增大，产生收缩力，使浆体产生收缩。当收缩力大于基体的抗拉强度时，就会使表面产生开裂。据试验，混凝土早期塑性收缩最大速率发生在浇筑后1～4 小时，此后收缩平缓。因此在收缩速度较大的时期特别要采取保护措施以避免混凝土开裂。
混凝土的体积变形
混凝土水化作用时产生的体积变形称为自生体积变形。混凝土终凝以后会发生体积变化，既可能收缩也可能膨胀，其变化幅度介于40×10-6和100×10-6之间。温度较高，水泥用量较多，自生体积变形将趋于增大。
干燥收缩
混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。是混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。
混凝土匀质性的影响
由于混凝土匀质性不同，造成混凝土的弹性模量不均匀，因而在收缩变形过程中导致应力集中，引起裂缝。混凝土拌合或浇筑时，影响混凝土的匀质性的因素主要有，坍落度不同，外加剂不同，石子粒径与品种不同，以及振捣的密实度不同等。
三、大体积混凝土裂缝的主要控制措施
1、水泥应尽量选用水化热低和安定性好的水泥，如矿渣水泥，水化热低，凝结时间长，可避免有害裂缝的产生，并可充分利用其活性。优先选用收缩小的或具有微膨胀性的水泥。因为这种水泥在水化膨胀期（1～5d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。在满足设计强度要求的前提下，尽量减少水泥用量。
2、严加控制配合比，采用商品混凝土时，塌落度的增加应通过调整砂率和掺用减水剂或高效减水剂解决，严禁在现场任意加水以增大塌落度，并应控制在10～14cm为宜。
3、减少水泥用量,将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下。
4、改善骨料级配，骨料的选择尽量选用连续级配的骨料配制混凝土，在保证可泵性的前提下，选用粒径较大的石子和粗砂，并控制石子的含泥量不超过1%，砂子的含泥量不超过2%。
5、在混凝土中还可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。
6、在混凝土中掺加少量的磨细粉煤灰，取代部分水泥，可降低混凝土的最高温度，减少混凝土的泌水率，并可改善混凝土的塑性和可泵性。同时，由于粉煤灰具有后期强度增长高的特点，可以利用其后期强度。
7、降低混凝土入模温度。包括: 浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温, 尽量避开炎热天气浇筑。夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土, 或在混凝土拌和水中加入冰块, 同时对骨料进行遮阳、洒水降温, 在运输及浇筑过程中也采用遮阳保护、洒水降温等措施, 以降低混凝土拌和物的入模温度; 掺加相应的缓凝型减水剂; 在混凝土入模时, 还可以采取强制通风措施,加速模内热量的散发。根据不同的施工季节，还可分别采用降温法和保温法施工。
8、在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰的出现时间
9、合理采用分层分块法浇筑混凝土，分层有利于混凝土水化热的散失，还可采用二次振捣的方法增加混凝土的密实度，提高抗裂能力，使上下两层混凝土在初凝前结合良好；也可在下层混凝土的表面上预留沟槽，加强上下层混凝土的连接。分层分块浇筑时，尽量减少浇筑块在硬化过程中的内外约束，分层的时间间隔做到既有利于散热，又考虑到底层对上层的约束。
10、当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇带，以减小外约束力和温度应力；同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。后浇带可在后浇带形成40d后封闭，冬季可适当延长。封闭前，应仔细凿毛，并将钢筋按设计要求连接好，再用补偿收缩混凝土将缝灌实。
参考文献
[1]王维斌. 大体积混凝土裂缝控制与施工技术研究[D].天津大学,2004.
[2]范德均. 建筑工程大体积混凝土裂缝控制与应用[D].重庆大学,2006.
[3]付华. 大体积混凝土裂缝控制理论与工程应用研究[D].辽宁工程技术大学,2007.