大体积混凝土裂缝成因分析

大体积混凝土裂缝成因分析

【摘要】本文针对工程中大体积的混凝土裂缝问题，分析了混凝土塑性裂缝、干缩裂缝、温度裂缝、荷载裂缝等各类裂缝的特点和成因，提出了大体积混凝土裂缝的防止要从配合比设计、施工工艺环节及施工中温度监控等方面进行控制。

【关键词】大体积混凝土；裂缝；成因

0 引言

现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝、大型桥梁的混凝土构件等。通常把混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产

生的混凝土称为大体积混凝土，它主要的特点就是体积大。大体积混凝土，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。必须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，才能保证施工的质量。

1 裂缝的产生原因

混凝土在硬化过程中，会产生体积变形。由于各种材料的线膨胀系数不同，由互相约束而产生初始压应力、拉应力或剪应力，造成在骨料与水泥石的粘结面上或水泥石本身之间出现肉眼难以看到

的细微裂缝，一般称之为微裂缝。在荷载或温度作用下，裂缝扩展，并逐渐互相贯通，从而出现较大的肉眼可以看到的裂缝。一般宽度

达到0.03～0.05mm时，称为宏观裂缝，即通常所称的裂缝。

混凝土的裂缝，实际上是微裂缝的扩展。微裂缝在混凝土中是不可避免的，对使用影响不大。钢筋混凝土规范明确规定：结构在所处的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。但在施工中，应尽可能采取有效措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量。

2 大混凝土裂缝的分类

混凝土裂缝按照成因和外观表现可分为塑性裂缝、干缩裂缝、温度裂缝、荷载裂缝。

2.1 塑性裂缝

塑性裂缝一般出现在结构表面，形状不规则，且长短不一，类似干燥后的泥浆面。塑性裂缝大都出现在混凝土浇筑初期，一般在浇筑几小时之后出现。当混凝土本身与外界气温相差悬殊，或本身温度长时间过高，而气候又很干燥时，便会出现塑性裂缝。这种裂缝在工程中出现较多。塑性裂缝多出现在暴露于空气中的混凝土表面。裂缝较浅，长短不一，短的仅20mm～30cm，长的可达2m～3m，宽lmm～5mm。裂缝互不连贯，类似干燥的泥浆面。

塑性裂缝多是由于混凝土浇筑后，表面没有及时覆盖，受到风吹日晒，表面游离水分蒸发过快，体积急剧收缩，而此时混凝土早期强度低，不能抵抗这种变形能力，因而开裂。另外，使用收缩率较大的水泥和使用过量的细砂和粉砂以及水灰比过大、模板过于干燥

也会导致塑性裂缝。

2.2 干缩裂缝

一般处于结构的表面，缝宽较细，多在0.05—0.20mm之间，其走向纵横交错，没有规律性。较薄的梁板构件的干缩裂缝多沿短边方向分布；整体性结构的干缩裂缝多发生在截面变化处；预制构件的干缩裂缝多发生在箍筋位置。干缩裂缝一般在混凝土露天养护完毕一段时间后，在表层和侧面出现，并随温度和湿度变化而逐渐发展。

干燥收缩主要是由水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。混凝土的干燥收缩由于骨料的收缩很小，因此主要是水泥石干燥收缩造成的。混凝土的水分蒸发、干燥过程是由外向内、由表及里逐渐发展的。由于混凝土蒸发干燥非常缓慢，产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上，有时甚至一年半裁，而且裂缝发生在表层很浅的位置，裂缝细微。有时呈平行线状或网状，常常不被人们注视。但是要特别注意，由于碳化和钢筋锈蚀的作用，干燥裂缝不仅损害薄壁结构的抗渗性和耐久性，也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成为更严重的裂缝，影响结构的耐久性和承载能力。

2.3 温度裂缝

温度裂缝多平行于短边，大面积的构件，裂缝常纵横交错；深入的和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密，裂缝宽度一般在0.5-10mm之间。热胀引起的温度缝是中间粗，两端细。冷缩裂缝的粗细变化不太明显，

其宽度在0.5mm以下，且从上至下没有太大变化。温度裂缝大多发生在施工的中后期，缝宽受温度变化影响较明显。

温度裂缝多缘于较大温差。对大体积混凝土来说，因为混凝土土内部和表面的散热条件不同，所以混凝土中心温度高，形成温度梯度，造成温度变形和温度应力。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力（包括混凝土抗拉强度）时，就会产生裂缝。这种裂缝初期出现时很细，随着时间的发展而继续扩大，甚至达到贯穿的情况。

2.4 荷载裂缝

混凝土构件或结构在使用荷载、施加预应力、台座（施工时）或基础（使用时）变形时可能产生裂缝。荷载裂缝的分布、形状随荷载形式而异。荷载和其它作用在构件内所产生的拉应力超过了混凝土抗拉强度而产生的裂缝。在不改变混凝土等级的情况下，要使混凝土不产生荷载裂缝，关键是控制应力值。通常需通过结构验算和合理的施工方法来解决。

3 防止裂缝的措施

3.1 配合比设计

大体积混泥土配合比可采用低水泥用量、高粉煤灰掺量，可降低水化热。研究表明正常非绝热条件下，100kg/m3水泥温升12～16℃，粉煤灰的水化热约为水泥的25～50%。控制水泥+高粉煤灰

<420kg/m3。在水泥选择上可选用低热水泥，如（低热）矿渣水泥、中热水泥、粉煤灰水泥、普硅水泥等。水泥强度等级应与混凝土等级匹配。选用大粒径粗骨料、中粗砂，提高粗粗骨料用量。设计中

使用低水胶比，也可使用高效缓凝减水剂，减少水的用量。

大体积混凝土配合比设计必须达到以下要求：

（1）绝热温升低；

（2）工作性好：坍落度、扩展度、坍落度损失、凝结时间和粘聚性；

（3）收缩小，抗裂性好。

3.2 大体积混凝土施工要点

严格控制施工流程中各个环节，做好施工季节选择，确定入仓混凝土温度及保证措施及选择合理的分层浇注厚度、间歇时间，做好混凝土保温、保湿养护。重点做好以下方面：

（1）冷却混凝土组分，降低混凝土入仓温度；

（2）合理分层浇筑；

（3）预埋冷却水管

（4）防止混凝土离析；

（5）及时平仓；

（6）有序合理振捣；

（7）及时收浆；

（8）加强保温、保湿养护；

（9）注意施工缝处理。

3.3 大体积混凝土温控措施

应根据混凝土的水化热、入仓温度、气候条件、构筑物的平面尺寸、浇筑高度、基础约束条件以及混凝土的热学、力学性能，进行