大体积混凝土裂缝的成因及防治

1、.大体积混凝土裂缝的成因及防治 中铁十七局集团第三工程有限公司高沁高速公路LJ5标 奉俊辉 摘 要 针对混凝土容易产生裂缝的现象，在分析其成因的基础上，根据不同原因的裂缝，提出相应的处理与控制措施。 关键词 裂缝； 成因； 处理； 控制措施 1 前言 大体积混凝土裂缝问题是当前混凝土施工的一个普遍问题，裂缝不仅会降低混凝土的强度、抗冻性，对混凝土的抗渗性和耐久性影响也尤为严重。大体积混凝土裂缝问题的研究已成为现代建筑施工的一项主要课题，也是大体积混凝土施工的核心问题。大体积混凝土因其厚度大、温升高的特点，产生裂缝的主要原因与普通混凝土不同，本文主要针对这一特点分析其裂缝产生机理，提出施工预防措

2、施，进行合理的施工设计，防止大体积混凝土有害裂缝的产生。 2 大体积混凝土产生裂缝的原因 大体积混凝土因外部荷载作用产生裂缝的可能性不大，一般由自身因素造成混凝土裂缝，裂缝可分为“塑性裂缝”和“应力裂缝”两种。 2.1 产生塑性裂缝的原因 塑性裂缝由混凝土的塑性收缩引起，发生在混凝土的塑性阶段，属干缩裂缝，出现很普遍。一般来说，厚度较大的混凝土浇筑4h后，水泥水化反应激烈，出现明显泌水和水分急剧蒸发现象，引起混凝土沉降收缩，在有钢筋的部位被托住，没有钢筋的部位混凝土下沉，发生顺钢筋的干裂缝；混凝土浇筑后，表面未及时覆盖，受风吹日晒，表面游离水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩，而此时混凝土早期强度

3、低，不能抵抗这种变形应力而导致开裂。使用早期强度高的水泥或水泥用量过多、水灰比过大等也是混凝土产生塑性裂缝的原因。 2.2 产生应力裂缝的原因 应力裂缝是在某一时刻因混凝土内部产生化学收缩、干燥收缩、降温收缩使混凝土内部产生的拉应力超过了当时混凝土的抗拉强度，使混凝土形成裂缝。对于大体积混凝土，因降温收缩产生的应力是其产生裂缝的最重要原因。 2.2.1 化学收缩 化学收缩由胶凝材料收缩引起，混凝土中胶凝材料在硬化过程中，化学反应后的体积比反应前缩小，这种收缩叫做化学收缩，其收缩量只是干燥收缩的101/，一般不会产生危害。 2.2.2 干燥收缩 混凝土拌和水以不同形式存在于硬化后的混凝土中，拌和

4、水包括化合水和自由水两部分。化合水是水泥进行水化作用时所必须的水，要有足够的化合水才能保证水泥颗粒的充分水化和水解，生成结晶和凝胶，这部分水仅占拌和水的1/4，而自由水完全是为了满足施工及操作需要的水。混凝土硬化后化合水在正常使用条件下不参与同外界湿度交换，自由水以吸附水、毛细管水和孔隙水的形式存在。当混凝土处于干燥环境中时，首先是大空隙及粗毛细孔中的自由水分蒸发，这种失水不引起收缩；然后毛细孔、微毛细孔中水的蒸发，使细孔中形成负压，随着干燥作用的加剧，负压逐渐增大，水泥石受压而形成压缩变形，构成混凝土收缩变形的一部分；在毛细孔水蒸发后，如继续干燥，物理-化学结合的吸附水，包括晶格间水分和分子

5、层中的吸附水先后蒸发，这种失水引起显著的水泥石压缩，是收缩变形的主要部分。干燥收缩受环境湿 度影响最大，还同水泥品种、水泥用量、水灰比、环境温度、掺合料品种、配筋率有关。 2.2.3 降温收缩 混凝土浇筑后，胶凝材料水化过程中放出大量热量，因混凝土表面的散热条件远比其内部散热条件好，从而使混凝土中心温度高于混凝土表面温度，形成温度梯度，产生的温度应力和温度变形，当这种温度应力和其他应力的合力超过混凝土抗拉强度时，就会产生温度裂缝。在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越 大，内外温差越大，温度应力也越大，引起裂缝的几率也越大。 混凝土降温阶段热量逐渐蒸发，混凝土温度逐渐下降，使混凝土体积逐渐产生收缩

6、，当混凝土收缩受到地基、垫层或结构边界的外部约束时，在混凝土中产生很大的拉应力，当这种应力和其他应力叠加超过混凝土的抗拉极限强度时，混凝土的底面交界处附近甚至在混凝土中产生收缩裂缝，这种裂缝特征是由交界面向上延伸，靠近基底最大，上部较小，严重的会产生贯穿整个混凝土结构的贯穿性裂缝。通常大体积 混凝土的降温差较大，其形成的收缩变形也就很大。 3 大体积混凝土裂缝的预防措施 3.1 优化大体积混凝土配合比设计 优化混凝土配合比设计是降低混凝土升温、减少混凝土沉降收缩的最有效途径，可采用以下几种方法实现： 3.1.1 选用适宜品种的水泥 大体积混凝土宜选用水化热低、水化热不集中的水泥品种。在条件允许

7、的情况下应优先选用矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥或复合水泥。 水泥中水化热的大小、水化热的集中程度和水泥中熟料组份、水泥的细度及颗粒分布情况有密切关系。水泥熟料中的硅酸二钙水化速度快，水化热大；铝酸三钙水化速度最快，水化热最大；水泥的比表面积越大，水泥的水化速度越快，放热量集中，很容易产生比较大、较为严重的裂缝；水泥的颗粒分布过于集中，很难与混凝土中粗细骨料组成混凝土大系统内连续而又合理的级配，使混凝土在微观上抗拉能力变差。因 此，当需要严格控制水泥水化热时，应查看水泥的组分和物理特性，进行试验确定其可用性。 3.1.2 增加粉煤灰掺量，使用高效减水剂 在混凝土中掺加粉煤灰不仅能使混凝土具有

8、较好的和易性、可泵性、抗渗性、抗离析性，减少沁水现象发生，有利于混凝土表面处理，而且对混凝土强度，特别是对后期强度有较大的作用。实践证明，每掺加10kg粉煤灰替代等量的水泥，混凝土的温升可降低1。因此，增加混凝土中的粉煤灰掺量是减少水泥用量、降低混凝土中胶凝材料水化热的一种有效措施。混凝土中掺加减水剂，能保持混凝土工作性质不变而显著降低水灰比、改善和易性，并能减少10%20%的水泥用量，降低水化热量，减缓水化速度。混凝土中掺加缓凝型减水剂，还可推迟初凝时间，减缓浇筑速度和温度以利散热。目前的高效减水剂可以减水20%25% ，能有效地降低水胶比、减少水化热，对减少混凝土浇筑后的塑性收缩和温度收缩

9、有重大意义。 3.1.3 掺入有膨胀组份的外加剂 在混凝土中掺加微膨胀剂，补偿一部分混凝土的收缩，从而放宽温差的限制。以UEA为例，将10%12%内掺水泥中，可拌制成补偿收缩混凝土，其限制膨胀率为0.02%0.04%，在钢筋和邻位约束下，可在混凝土中建立0.2MPa0.7MPa的预应力，这一预应力大致可抵消混凝土硬化过程中产生的收缩拉应力，使结构不裂或控制在无害裂缝范围内。 3.1.4 增加混凝土中粗骨料的用量 给混凝土增加骨架也是防止裂缝产生的一个有效措施。骨料用量多了，胶凝材料用量就会相对降低，胶凝材料产生的水化热也会降低。 3.2 设计合理的养护措施 采取合理的养护措施是在浇筑后预防混凝

10、土大体积混凝土裂缝的最重要措施。提高养护环境湿度可以避免混凝土因表面干裂而产生塑性收缩。适当提高养护环境温度有利于减少内外温差、缓解降温速度，从而减少温度应力，也有利于混凝土强度增长和应力松弛发挥作用，在混凝土早期抗拉强度还不高时能尽量避免出现裂缝。大体积混凝土的养护时间应适当延长。一般混凝土温差最大值应出现在浇筑后7d之前。但实践表明，大体积混凝土7d21d混凝土平均温差往往大于1d7d的数值，且最大值也并未出现在前7d。原因是虽然混凝土水化热高峰已过，但其内部仍积蓄着很大的热量，混凝土的导热系数远小于空气，散热速度不如空气快，深层温度大热量散失慢，温度降幅小，而表面热量散失快，温度降幅大，

11、随着龄期延长 日趋环境温度，因而形成温差不断增大的现象。 研究表明，初期养护并不能阻止以后干缩的发生，但可以推迟干缩的出现，可在混凝土早期抗拉强度 不高的情况下防止干缩和冷缩（降温收缩）过早叠加。 3.3 改善约束条件 在构造设计方面采取一些必要的措施来改善混凝土的内外约束， 有利于预防大体积混凝土裂缝的产生。 3.3.1 增设后浇带 当混凝土结构尺寸过大时，可在大体积混凝土中增设后浇带以减少外约束应力。 3.3.2 设置滑移层和缓冲层 对于大体积混凝土基础，为了减少因混凝土收缩时受地基阻力约束而在混凝土中形成的拉应力，在浇筑混凝土前，可在基础垫层与混凝土基础之间设置沥青油毡或其他类似的材料作

12、为滑移层，以减少大体积混凝土的外约束。在混凝土基础的某些部位设置缓冲层，可以缓解地基对基础收缩时的侧压力，减少地基的约束作用。 3.3.3 设置增强配筋 在容易开裂部位配置斜向钢筋或钢筋网片，并配置一定数量的抗裂钢筋，可显著提高混凝土的抗裂性能。在孔洞周围，断面转角处等宜增配斜向钢筋、钢筋网片，可避免因应力集中产生裂缝。3.4 其他施工措施 在混凝土浇筑施工过程中可采取有效的技术措施减少大体积混凝土裂缝的产生。 3.4.1 降低混凝土浇筑温度 施工中可采用降低水和骨料的温度的方法降低混凝土的浇筑温度，必要时可采用冰水搅拌混凝土，是降低混凝土温升的一种较为有效的措施。施工中还可以采用减少装卸转运

13、次数、给混凝土泵搭遮阳篷、在混凝土泵管上覆盖湿麻袋等辅助措施来降低混凝土浇筑温度。 3.4.2 采用二次振捣工艺 二次振捣可减少混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部产生水份和空隙，提高混凝土和钢筋间的握裹力，防止因混凝土沉降收缩产生的裂缝，还可以减少内部微裂缝，增加混凝土密实度，从而有效地提高抗裂性。 3.4.3 薄层浇筑 在浇筑时宜采用薄层浇筑的方法，增加混凝土的散热机会，以降低混凝土温升。 3.4.4 在混凝土表面撒石子 大体积混凝土表面水泥浆较厚，混凝土浇筑后可在表面均匀撒上一层薄薄的小石子，在混凝土浇筑后4h8h内用长刮尺刮平，初凝前用铁滚碾压，再用木抹子搓平压实，以控制混凝土表面裂缝。3.4.5 投 石法 在设计允许的情况下可向大体积混凝土中投入15%20%的洁净块石，减少水泥在整个混凝土构件中的含量，可有效地减少混凝土温升。投块石时应严格按混凝土流淌坡度分层填，同层间距至少在200mm以上，使块石均匀分布在混凝土内层。 3.4.6 在混凝土中埋设水管冷却混凝土 这种工艺是在大体积混凝土中埋设水管，混凝土浇筑后，利用向水管中注入温度较低的水（一般使用循环水）带走混凝土中的热量，从而降低混凝土内部温度。此种方法对降低大体积混凝土，尤其是超大体积混凝土温升和内外温差非常有效，但其成本较高，市价操作起来也比较复杂，一般情况下不采用。 4 结