试论大体积混凝土裂缝产生原因及预防措施

计雄杰

（伊宁市城市建设总公司 新疆 伊宁 835000）

试论大体积混凝土裂缝产生原因及预防措施

计雄杰

（伊宁市城市建设总公司 新疆 伊宁 835000）

大体积混凝土由于体积庞大，表面积相对较小，浇筑混凝土后，水泥水化所产生的水化热不断积聚，致使混凝土内部与周围环境形成较大温差，导致混凝土产生裂缝。但只要施工时采取科学有效的预防措施，温差裂缝是可以减少乃至消除的。

大体积混凝土；温差裂缝；水泥水化热；加强养护

1 大体积混凝土裂缝产生原因及其危害

1.1 水泥水化热的影响

混凝土在凝结硬化过程中由于水泥的水化作用，会放出一定的热量来，这种热量叫水化热。在常用的梁、板、柱混凝土浇筑时，由于它们的体积一般都较小，因而所产生的温度应力也都小于混凝土的抗拉强度，不会使构件开裂。而当浇筑一些体积较大的混凝土基础时，如大型设备基础、筏板基础、水库大坝、拦洪坝等，由于混凝土体积庞大，水泥水化产生的热量不可能从有限的表面很快散发出去，水化热的不断积聚，致使大体积混凝土内部产生相当高的温度，与周围环境气温形成较大的温差，使混凝土内部产生较大的温差应力；当温差应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝。

1.2 水泥在硬化过程中由于游离水的不断蒸发，导致混凝土产生收缩变形和收缩应力；当收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，也会使混凝土内部产生裂缝。收缩应力和温差应力叠加的结果，必然会导致大体积混凝土内部产生许多不规则裂缝。

1.3 施工技术的影响

1.3.1 混凝土浇筑方法不当。大体积混凝土在浇筑时，由于工程量大，常采用搅拌站集中搅拌或商品混凝土和泵送技术。在浇筑时如采用大面积满铺满灌的方法，尽管是从里到外、自左至右分层浇捣，也难以将大量积聚在大体积内的水化热很快排出，而是越积越多。

1.3.2 混凝土组成材料性能、砂率及水灰比的影响。

1）水泥。如选择硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，由于水化热和收缩变形均较大，是造成大体积混凝土裂缝的首要因素。

2）石子。石子是混凝土中的粗骨料，是混凝土构件中直接承重的。在满足钢筋间距和泵送要求条件下，应尽量选用较大粒径石子；在石子外形上，碎石不规则和粗糙的外表可增加水泥凝胶对石子的粘结力，减少混凝土内部微裂缝的生成。

3）砂子。如砂子的细度模数偏小，且级配不良、含泥量大于2%，会直接影响混凝土强度和抗裂性能。砂率大小对混凝土收缩裂缝也有直接影响；砂率大，和易性好，对泵送有利，但会增加收缩变形；砂率小与水泥浆形成的砂浆对石子的粘结力小，混凝土硬化时容易产生收缩裂缝。

4）水灰比。实验表明，通常使水泥完全水化所需水灰比约为0.43～0.44，但在无外加剂的情况下，为便于施工操作，水灰比均大于0.5，而加大用水量会使混凝土硬化收缩值增大，极易产生内部裂缝。

1.3.3 养护方法的影响。大体积混凝土浇筑后，如采取与普通梁、板、柱混凝土一样的养护方法，只是浇水养护，仍难免会出现许多温差裂缝，因此，还应同时采取有效措施，以保证混凝土内部最高温度不超过70℃，内部与外表面温差小于25℃。

1.4 裂缝带来的危害

如上所述，大体积混凝土在施工过程中温差应力和收缩应力叠加的结果，必然会导致其内部和外表面产生许多不规则裂缝，而外界腐蚀性介质（气体或液体）会通过这些裂缝渗入混凝土内部，不断腐蚀钢筋和混凝土中的水泥石，严重影响结构的强度和耐久性，造成结构承载力降低、渗漏直至解体。

2 大体积混凝土裂缝的预防措施

2.1 为大幅度减少水化热积聚，首先应弱化热源，选用水化热较低、水化速度较慢的矿渣硅酸盐水泥或粉煤灰硅酸盐水泥。

2.2 为减少混凝土在硬化过程中的收缩变形，可采用适当降低水泥强度等级、水泥细度和水泥用量及适当减少砂率的方法，并用掺加优质粉煤灰（Ⅱ级粉煤灰）和外加剂（高效减水剂）来确保混凝土的设计强度和施工流动性。

2.3 施工技术方面，应采取以下措施

2.3.1 采用“分区、跳仓、交叉作业”法，使混凝土内部的水化热得以适时释放，以减少水化热的大量积聚；仓间接槎应控制在混凝土初凝前，以免出现冷缝。分仓以3m×3m为宜，梅花状浇筑分仓混凝土。

2.3.2 严控组成材料品种和质量，严控水灰比和砂率。除优先选用水化热较低的矿渣水泥或粉煤灰水泥及适量掺加Ⅱ级以上优质粉煤灰和高效减水剂外，采用细度模数为2.6～3.0的中粗砂，且级配良好、含泥量小于1%，砂率控制在45%左右；石子宜采用外形粗糙的碎石，材质以弹性模量较大的玄武岩、花岗岩、石英岩为最佳，其粒径应以 20～40mm为主 （占 80%）、5～20mm 为辅 （占20%），含泥量小于1%；水灰比严格控制在0.50以内。

2.3.3 加强温度监测和改进养护方法。为切实掌握和控制大体积混凝土在浇筑后的温升情况以及混凝土内部与外表面、表面与周围环境气温的温差情况，以便有效地降低混凝土的总温升和温差，必须做好以下几项工作：

1）控制入模温度。夏秋季，搅拌前预先用冷水对石子、砂子喷淋降温，搅拌时加入适量的冰屑代替拌合水，以降低混凝土的入模温度，使其不高于20℃；冬春季，砂石料露天堆放时，其上应覆盖塑料薄膜，以免冰雪混入砂石料中，以确保混凝土入模温度不低于20℃，为下一步控温、保温创造条件。

2）布置测温点。在基础平面上按6m左右间距将测温点布置成梅花状，将其编号并标注在平面图上，以便绘制温度变化曲线图。每个测温点按三角形用木模板预留3个100×100mm测温孔，孔深分别为100mm、1/2厚度和 （厚度-100mm），浇筑基础、待混凝土初凝后将孔模取出，形成测温孔。混凝土浇筑完6h后开始测温：前5d每隔2h测一次温，并记录；后5d每隔4h测一次温，并记录，直至混凝土内部温度与表面温度之差在25℃左右时，停止测温。

3）加强养护。混凝土初凝后，在夏秋季，应及时覆盖塑料薄膜，防止表面水分和水化热过快散发引起温差和收缩裂缝；2d后，在基础表面四周用低强度等级砂浆砌二皮砖作围挡，内蓄高约8cm的水进行保湿、保温养护；在冬春季，应及时覆盖塑料薄膜，然后加盖草帘等保温材料进行保湿、保温养护。草帘厚度应根据当天室外气温情况随时增减，以确保混凝土表面温度与内部温度差不大于25℃为原则。养护10～14d。

4）上述用冷水喷淋石子降温和覆膜、加盖草帘或蓄水保湿、保温养护等方法适用于大体积混凝土构件厚度不大于2m时；当厚度大于2m时则可增加采用在混凝土内部按适当间距预埋直径约100mm的钢管，用循环冷水进行降温的方法，以便有效控制混凝土内部最高温度不超过70℃；待混凝土内外温差稳定在25℃时，即可将预埋管内冷水排除，用压力泵将不小于C30的细石混凝土压入钢管内将其封闭，并继续正常养护至规定养护期满。

王静］