刘煜辉
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摘要：文章从几个方面来分析大体积混凝土结构出现裂缝的原因，并提出防治裂缝的一些措施。供同行参考。
关键词：大体积混凝土；裂缝原因；措施
一、大体积混凝土裂缝产生的原因
裂缝产生原因可分为两类：一是由外荷载引起的结构性裂缝，包括常规结构分析中的主要应力和其它的结构次应力造成的受荷裂缝。二是由温度应力和混凝土自收缩引起的非结构性裂缝，包括温度、湿度、收缩、膨胀和不均匀沉降等引起。本文主要浅析非结构性裂缝形成的原因。
1、内部温度应力引起的裂缝
大体积混凝土与地基浇筑初期，水泥水化产生大量的水化热，达到502.42j/g，1—3天内放出的热量约是总热量的50%，因混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部，使其内部温度急剧上升，混凝土内部形成的中心温度高，热膨胀大，故靠近中心处产生压应力，远离中心处产生拉应力，这种温差引起的拉压应力一旦超过钢筋混凝土的极限抗拉或抗压强度就会产生裂缝；另外，在拆模前后，表面温度降低很快，造成了温度陡降，也会导致裂缝的产生。但是最常见的是由水化热产生热量带来的裂缝。
2、表面湿度变化产生的裂缝
由于混凝土拌合物具有一定的保水性，内部湿度变化速率较慢，但表面含水率受温度影响可能波动较大或急剧变化，如养护不周、缺少覆盖物，导致其表面干缩变形受到内部混凝土的约束，也往往会产生裂缝。
3、非常温下，膨胀应力引起的裂缝
非常温下，碱骨料反应导致的开裂，原因是高碱硅酸盐水泥与高活性集料反应引起的过量膨胀造成的开裂；当温度处于0℃以下时，吸水饱和的混凝土出现固态冰，因而体积增大，混凝土产生膨胀，一旦膨胀应力超过混凝土的极限抗拉强度就会出现裂缝，并使混凝土强度降低。
4、收缩变形引起的裂缝
从施工浇筑起，混凝土因一系列化学变化而导致体积缩小现象称为混凝土的收缩。混凝土有多种收缩现象，包含干燥收缩、塑性收缩、自身收缩和碳化收缩。干燥收缩是混凝土内部水分的流失，然而因干燥所损失的游态水并不会导致混凝土的收缩，原因是吸附水的流失所造成的；塑性收缩是混凝土泌水大量减少引起的，表面水分的蒸发不能及时得到补充，致使处在塑性状态的混凝土产生收缩；自身收缩是在无水分变化的收缩，原因是细骨料水化物的体积小于水化反应的水泥和水的体积，这是一种由水泥的水化反应所产生的固有收缩，其值与干燥收缩相比是微不足道的；碳化收缩是混凝土中的水泥水化物与空气中的二氧化碳发生化学反应的结果。
5、不均匀沉降引起的裂缝
由于地基土质软弱或局部土质不均匀，存在暗沟、洞穴、基坑等，土质软硬性质差距较大，如果基础设计不当，地基处理不合理，基底压力或附加应力由建筑受荷引起，倘若集中应力超过混凝土的抗拉强度时就会带来不均匀沉降并引起开裂。
二、防治裂缝的措施
1、合理配合比设计，选用级配良好的原材料。
（1）水泥由水化热产生的温差，会导致一系列裂缝，因此减小温差就要尽力选用低水化热的水泥（如矿渣或粉煤灰水泥），建议优先选用微膨胀性水泥，因为这种水泥在水化膨胀期（1—5天）能产生一定强度的预压应力，使部分温度徐变应力相互抵消，从而减少了内部拉应力，提高了混凝土的抗裂性能。
（2）掺加粉煤灰为了控制水泥用量，降低水化热，提高混凝土的和易性，建议用粉煤灰代替部分水泥，掺入外加剂主要有以下目的：
①粉煤灰中含有大量活性的硅、铝氧化物，其中40%~60%为二氧化硅，17%—35%为三氧化二铝，因而能与水化产物氢氧化钙产生二次反应，生成水化铝酸钙和水化硅酸钙凝胶体，以合理的用量取代水泥不仅可以降低混凝土由于水化热而产生的膨胀，而且还能提高混凝土的后期强度；
②粉煤灰颗粒较细，由于火山灰反应改善了混凝土内部的毛细孔结构，降低了混凝土内部的孔隙率，从而进一步细化孔结构，分布更加合理，导致硬化后的混凝土更加致密，使混凝土的抗渗性、耐久性得以提高，从而减少了收缩。同时，粉煤灰和水泥中的碱反应能够有效阻止混凝土的碱-骨料反应。
（3）选择级配良好的骨料在大体积混凝土中粗骨料所占份额一般为其绝对体积的80%—83%。所以应尽量增大粗骨料的粒径，优先选用级配良好的中砂，因为粗骨料粒径越大，颗粒级配就越优良，那么空隙率就越小，因而总表面积越小，包裹混凝土所需的砂浆量和水泥用量就越小，水化热随之降低，从而可以有效阻止裂缝的产生。另外，一定要控制砂石含泥量，若含泥量越大，那么收缩变形就越大，裂缝就会越严重。
（4）加入外加剂缓凝型高效减水剂和抗裂纤维膨胀剂的加入可有效改善混凝土的开裂，外加剂对混凝土收缩开裂有以下影响：
①缓凝型高效减水剂一方面可以改善混凝土的和易性，并降低水灰比，提高混凝土强度或保持混凝土强度不变而减少水泥用量，且降低了水化热，有效阻止混凝土的开裂；另一方面缓凝剂的作用是推迟混凝土释放最大热量出现的时间，等最大热量出现时，混凝土已经随龄期的增长而增加了强度，因而减小了开裂出现的可能性。
②抗裂纤维膨胀剂依靠本身的一系列化学反应或与水泥其他成分反应，在混凝土硬化过程中产生一定的限制膨胀现象，使混凝土产生的收缩得以补偿，致使膨胀结晶体（如钙矾石）填充孔隙，切断了毛细孔缝，从而改变了孔结构，提高了混凝土的抗渗性和力学性质。
2、采用合理的设计和优良的施工方法。
（1）设计措施合理
混凝土的总体配筋量不能太少，宜设置构造筋，选用一定直径、一定间距的配筋排布，来保证最小配筋率的要求，因钢筋能有效平衡大体积高强混凝土产生的拉应力，从而使混凝土的抗裂性能得以提高；致使应力集中导致的结构突变得以避免，在应力集中易出现的部位要采取措施来加强，在边缘易裂地方增加暗梁，增大配筋率，提高混凝土极限抗拉强度；同时，充分考虑施工温度，合理设置后浇带，每30m设置施工后浇带，其宽度为800mm—1000mm，保留时间一般不小于60d。
（2）合理施工方法
①在混凝土搅拌过程中，严格控制原材料计量，严格控制混凝土塌落度，对拌合物使用冷却或加冰拌合降温的方法，并尽力降低新拌混凝土的出机温度。
②混凝土浇筑过程中振捣要均匀密实，振捣时间以表面开始泛浆为宜，以振捣力波及范围重叠二分之一为振捣间距，严禁漏振或过振。浇筑完成后，将表面压光、抹平，并进行二次抹压，以阻止产生裂缝。另外，大体积混凝土应分层浇筑分层振捣，同时保证上层混凝土在下层初凝前紧密结合，避免间歇截面出现施工缝，提高结构整体性和抗裂、抗剪性能。
③尽量避开在太阳光照高温时浇筑，若工程需要在夏季施工，尽量避开正午高温时段，浇筑尽量安排在早上或夜间施工，避免高温致使水化热造成混凝土中心温度与表面温差悬殊，避开外界气侯的突然变化（如温度陡降、大风）等恶劣天气时浇筑。
④尽量延长混凝土的拆模时间。在恒定温度养护的条件下，混凝土达到设计强度的75%以上，其中心与表面的最低温度要控制在25℃以内，估计表面温度不应降低15℃以上时方可拆模。
⑤做好表面的隔热和散水养护大体积混凝土的温度裂缝，主要由内外温差过大而造成的。混凝土施工浇筑完毕后，由于混凝土表面较内部散热快而形成内外温差，表面收缩受内部约束产生拉应力，此时的拉应力还不足以超过混凝土的抗拉强度而产生裂缝。
三、结束语
综上所述，大体积混凝土裂缝产生的原因很多，主要由温度应力和混凝土收缩引起的，但只要严格按规范施工，认真积极地探索裂缝产生的原因，及早采取预防措施，就能有效控制大体积混凝土结构的裂缝。