浅析大体积混凝土裂缝控制

王天亮

【摘要】目前，超厚大体积混凝土不断增加，施工方法也各不相同。本文结合多年来工程施工中的经验，对大体积混凝土裂缝产生的原因，施工中控制技术进行了探讨分析，提出了一些裂缝控制措施。

【关键词】大体积混凝土裂缝施工技术 控制措施

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

近年来，国内大型工业与民用建筑的比例不断增加，高层楼房已经比较普遍。在高层建筑地下室的底板、箱型基础或者上部具有较大承重台的桩基础等，广泛的在实践中遇到。这些部位的混凝土一般较厚，有的已经达到2m以上。但是，在使用混凝土的同时，混凝土结构物出现了裂缝有一定的普遍性，影响到观感和质量。

本文对常见影响因素和主要预防措施进行了分析探讨。

定义

1、大体积混凝土

目前尚无一个明确的定义，国外的定义也不尽相同。日本建筑学会标准（JASS5）规定：“结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。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”。        我国混凝土结构施工规范认为：凡是结构物断面最小尺寸在3m以上的混凝土块体，单面散热的结构断面最小尺寸在75cm以上，双面散热在100cm以上，水化热引起的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，均可称为大体积混凝土。

2、混凝土裂缝

从我国的“混凝土结构设计规范《GBJ10—89）”表3.3.4规定看，其裂缝宽度在不同的环境下，不同的混凝土结构物其裂缝的宽度也有所不同的控制标准，允许裂缝宽度为0.2～0.3mm。而从国外的情况看，不同的国家对混凝土构筑物的裂缝宽度也有不同的规定，如1970年欧洲混凝土专业委员会的规范所收集各个国家的标准设计裂缝规定如下：美国AGl规范规定裂缝为0.108mm；法国，规范规定裂缝为0.27mm；前苏联，规范规定裂缝为0.12mm；波兰，规范规定裂缝为0.182mm。

裂缝控制的目标

从近代科学关于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程实践证明，混凝土结构裂缝是不可避免的，裂缝是人们可以接受的一种材料特性，只是如何使有害程度控制在某一有效范围之内。因为使用的混凝土是多种材料组成的一种混合体，且又是一种脆性材料，在受到温度、压力和外力的作用下，都有出现裂缝的可能性。

从不同的国家来看，各国的规范对混凝土构筑物的裂缝都有不同的控制范围和要求。国际上也都根据本国的特点，对混凝土的裂缝都有明确的规定；在我国，对在不同环境下混凝土构筑物，在不同的介质情况下，所规定的混凝土裂缝宽度也不同。裂缝控制的目标是在施工中尽量少产生裂缝和把裂缝的宽度控制在合理的范围内，保证观感和符合功能性要求。

裂缝种类及产生原因

大体积混凝土结构往往容易产生各种各样的裂缝，按裂缝的方向、形状分为：水平裂缝，垂直裂缝，横向裂缝，纵向裂缝，斜向裂缝以及放射状裂缝等；按裂缝深度分为：贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝。

裂缝的产生是由多种因素引起的，按照施工中裂缝产生的原因，主要包括以下几类：

（一）、荷载引起的裂缝

指在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝。包括

1、设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算等。

2、施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料等。

3、使用阶段，超出设计载荷的重负；撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。

（二）、温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，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。

（三）、收缩引起的裂缝

在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因。

塑性收缩：发生在施工过程中、混凝土浇筑后4~5小时左右，由于水泥水化反应，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，称为塑性收缩。塑性收缩所产生量级很大，可达1%左右。

缩水收缩（干缩）。混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩（干缩）。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。

（四）、地基础变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：

1、地质勘察精度不够、试验资料不准。

2、地基地质差异太大。

3、结构荷载差异太大。

4、结构基础类型差别大。如混合使用扩大基础和桩基础，或同时采用桩基础但桩径或桩长差别大时。

5、分期建造的基础。

6、建筑建成以后，原有地基条件变化。如地基浸水、地下水位下降等。

（五）、钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，钢筋锈蚀体积增长约2～4倍，对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土沿钢筋纵向产生裂缝。由于锈蚀，钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，诱发其它形式的裂缝。

（六）、施工材料质量引起的裂缝

配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。

1、水泥

（1）、水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标。

（2）、水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期，可能使混凝土强度不足，从而导致混凝土开裂。

（3）、当水泥含碱量较高（例如超过0.6%），同时又使用含有碱活性的骨料，可能导致碱骨料反应。

2、砂、石骨料砂石的粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大；如果使用超出规定的特细砂，后果更严重。砂石中云母、含泥量、有机质和轻物质、硫化物含量高，也将影响强度。

3、拌和水及外加剂拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。

（七）、施工工艺质量引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。

大体积混凝土质量及控制裂缝的措施

裂缝会加速混凝土碳化和钢筋锈蚀，并产生恶性循环，严重破坏混凝土结构的安全性和耐久性，给工程造成严重损失，所以裂缝控制显得尤为重要。

裂缝控制的主要技术措施涉及从设计到施工乃至后期养护的整个过程，分别介绍如下：一、设计措施

精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。

增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。

避免结构突变产生应力集中。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。

在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

二、原材料控制措施

尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)，或利用混凝土的后期强度(90d～180d)以降低水泥用量，减少水化热(因为每加减10kg水泥，温度会相应增减1℃，水化热与水泥用量成正比)。在条件许可的情况下，应优先选用收缩性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可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。

适当搀加粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水等。

选择级配良好的骨料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%～83%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。一般来说，可以选用粒径4mm～40mm的粗骨料，尽量采用中砂，严格控制砂、石子的含泥量(石子在1%以内，砂在2%以内)。控制水灰比在0.6以下。还可以在混凝土中掺缓凝剂，减缓浇筑速度，以利于散热。另外还可以考虑在大体积混凝土中掺加坚实无裂缝、冲洗干净、规格为150mm～300mm的大块石。掺加大块石不仅减少了混凝土总用量，降低了水化热，而且石块本身也吸收了热量，使水化热能进一步降低，对控制裂缝有一定好处。

适当选用高效减水剂和引气剂，这对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。

三、施工方法控制措施

大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，降温速度不应超过0.5℃～1.0℃/h。对大型设备基础可采用分块分层浇筑(每层间隔时间5d～7d)，分块厚度为1.0m～1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时，在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层(浇二度沥青胶撒铺5mm厚砂子或铺二毡三油)，底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少约束作用。此外，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。尽量采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。还可根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。

四、温度控制措施

混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极其敏感的。因此，通过应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。

施工中，对温度控制的措施常规有两方面：

混凝土的早期养护

混凝土裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降形成的。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。

混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，这样一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩；一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析，新浇混凝土中所含水分足以满足水泥水化的要求。但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或妨碍水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。

人工控制混凝土温度，防止过速冷却和超冷

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。人工控制混凝土温度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。

大体积砼最好选在春秋季施工，以降低入模温度，即使在夏季施工最好采取有效措施降低入模温度，再者浇筑砼时最好不要让砼在太阳下直接爆晒。施工过程中应对碎石洒水降温，保证水泥库通风良好，自来水预可先放入地下蓄水池中降温。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。

五、加强技术管理

加强原材料的检验、试验工作。施工中严格按照方案及交底的要求指导施工，明确分工，责任到人。加强计量监测工作，定时检查并做好详细记录，认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝，并采取措施加以杜绝。在变截面施工前，一定要加强预测，并保证预测的科学性。同时在实施过程中，要切实落实施工方案。

结语

以上对混凝土的裂缝成因及措施进行了理论和实践上的初步探讨，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控制在充许的范围内。

【参考文献】：

1、《全国一级建造师职业资格考试用书（建筑工程管理实务）》作者：编写委员会中国建筑工业出版社2012年3月

2、《建筑工程施工》作者：叶林昌 中国建筑工业出版社 2007年3月