浅谈大体积混凝土结构裂缝控制与防止措施
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摘 要：混凝土结构在建设和使用过程中出现不同程度、不同形式的裂缝，这是一个普遍的现象。本文通过对大体积混凝土裂缝产生的原因进行分析，并提出了裂缝控制的措施。
关键词：大体积混凝土；裂缝；措施
一、引言
随着建筑行业的飞速发展发展，建设工程的投入进一步加大，大体积混凝土在各类建筑结构中应用的越来越多，而且主要应用于受力部分。但是，相应暴露出来的问题也越来越多，其中，大体积混凝土的裂缝问题尤为突出。
在结构工程的设计与施工中，对于大体积混凝土结构，为防止其产生温度裂缝，除需要在施工前进行认真计算外；还要做到在施工过程中采取有效的技术措施，根据我国的施工经验应着重从控制混凝土温升、延缓混凝土降温速率、减少混凝土收缩、提高混凝土极限拉伸值、改善混凝土约束程度、完善构造设计和加强施工中的温度监测等方面采取技术措施。以上这些措施不是孤立的，而是相互联系、相互制约的，施工中必须结合实际、全面考虑、合理采用，才能收到良好的效果。
二、什么是大体积混凝土
美国混凝土学会的定义：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，即最大限度减少开裂影响，即称为大体积混凝土。
日本建筑学会的标准的定义是：结构断面最小尺寸在80cm以上；水化热引起混凝土内的最高温度和外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。
我国《混凝土结构工程施工及验收规范》认为，建筑物的基础最小边尺寸在1～3m范围内就属大体积混凝土。
三、大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构物的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度是裂缝。
1.外界气温湿度变化的影响
大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。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。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容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。
2.水泥水化热的影响
水泥在水化过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。由于大体积混凝土截面的厚度大，水化日聚集在结构内部不易散发，会引起混凝土内部急剧升温。升温试验研究表明，水泥水化热在1～3d放出的热量最多，大约占总热量的50%左右；浇筑后的3～5d内，混凝土内部温度最高。
初期（一般指前三天）水泥水化热积累温升到一定程度后，由于降温加上内部水分蒸发引起体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束引起拉应力，当该拉应力超过该混凝土的抗拉强度时，整个截面就会出现贯穿裂缝。
混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的弹性模量和强度很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力比较小。随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束越来越强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不能抵抗温度应力时，即产生温度裂缝。
3.混凝土收缩的影响
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。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在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。
四、防止大体积混凝土产生裂缝的措施
1.对水泥选用的控制，防止裂缝产生
大体积混凝土结构引起裂缝的主要原因是：混凝土的导热性能较差，水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期温升和后期降温现象。因此，控制水泥水化热引起的温升，即减小降温温差，对降低温度应力、防止产生温度裂缝能起到釜底抽薪的作用。
混凝土温升的热源是水泥水化热，故选用中低热的水泥品种，可减少水化热，使混凝土减少升温。例如，优先选用等级为32.5、42.5的矿渣硅酸盐水泥，因其与同等级的矿渣水泥和普通硅酸盐水泥相比，3d的水化热可减少28%。在结构施工过程中，由于结构设计的硬性规定极大地制约了材料的选择，混凝土强度不可能因为考虑到施工工作性能的优劣而有所增减，因此，保证混凝土强度的前提下，如何尽可能地减小水化热这个问题就显得尤其重要。
2.增加外掺剂，防止裂缝产生
大体积混凝土中掺加外掺剂主要是木质素磺酸钙（简称木钙），一般用作减水剂，属于阴离子表面活性剂，对水泥颗粒有明显的分散效应，并能使水的表面张力降低而引起加气作用，因此，在混凝土中掺入水泥用量约0.25%的木钙减水剂，不仅能使混凝土的和易性有明显的改善，同时又减少了10%左右的拌和水，节约了10%左右的水泥，从而降低了水化热。混凝土中掺入木钙减水剂后，7d 的水化热略有增大，但可减小水泥用量 l0%左右，因此水化热还是降低的，并且可以延迟水化热释放的速度。这样不但可以减小温度应力，而且还可以使初凝和终凝的时间相应延缓5～8h，可大大减少大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。
3.选择合适的骨料，防止裂缝产生
（1）粗骨料的选择。结构工程的大体积混凝土，宜优先采用以自然连续级配的粗骨料配制。这种用连续级配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。在选择粗骨料粒径时，可根据施工条件，尽量选用粒径较大、级配良好的石子。根据有关试验结果证明，采用5～40mm石子比采用5～25mm石子，每立方米混凝土可减少水量15kg左右，在相同水灰比的情况下，水泥用量可节约20kg左右，混凝土温升可降低2℃。
（2）细骨料的选择。大体积混凝土中的细骨料，以采用中、粗砂为宜，细度模数宜在2.6～2.9范围内。根据有关试验资料证明，当采用细度模数为2.79；平均粒径为0.381的中粗砂，比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336的细砂，每立方米混凝土可减少水泥用量28～35kg，减少用水量20～25kg，这样就降低了混凝土的温升和减小了混凝土的收缩。
4.加强混凝土浇筑与振捣，防止裂缝的产生
改进混凝土的搅拌工艺对改善混凝土的配合比、减少水化热、提高极限拉伸有着重要的意义。为了进一步提高混凝土质量，采用二次投料的砂浆裹石或净浆裹石搅拌新工艺，可有效地防止水分向石子与水泥砂浆的界面集中，使硬化后界面过渡层的结构致密，粘结加强，从而使混凝土的强度提高10%左右，也提高了混凝土的抗拉强度和极限拉伸值；当混凝土的强度基本相同时，可减少 7%左右的水泥用量。
五、结束语
对于混凝土裂缝，应以预防为主，为此需要精心设计、施工，掌握住它的基本知识，并根据实际采取有较措施，会使施工质量得到很好的保证。以上各项技术措施并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的，设计和施工中必须结合实际、全面考虑、合理采用，才能起到良好的效果。
参考文献：