大体积混凝土结构产生裂缝的原因 大体积混凝土结构裂缝控制方法
摘要：近年来，在现代工程建设中大体积混凝土占有重要地位。由于混凝土的体积大，聚集的水化热大，在混凝土内外散热不均匀以及受到内外约束的情况时，混凝土内部会产生较大的温度应力，导致裂缝产生，影响工程质量。因此，本文笔者根据多年工作经验对大体积混凝土裂缝控制方法进行探讨。
关键词：大体积混凝土；结构裂缝；
中图分类号：TV544文献标识码： A 文章编号：
一、大体积混凝土裂缝的种类
混凝土是由水泥浆、砂子和石子组成的水泥浆体和骨料的两相复合型脆性材料。存在着两种裂缝:肉眼看不见的微观裂缝和肉眼看得见的宏观裂缝。主要有三种形式的微观缝:砂浆与石子粘结面上的裂缝,称为粘着裂缝;穿越砂浆的微裂缝,称为水泥石裂缝;穿越骨料的微裂缝,称为骨料裂缝。微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则、不贯通的,并且肉眼看不见,因此有微观裂缝的混凝土可以承受拉力。宽度不小于0.05mm的裂缝称为宏观裂缝,宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来的。混凝土结构的裂缝产生的原因主要有三种,一是由外荷载引起的;二是结构次应力引起的裂缝,这是由于结构的实际工作状态和计算假设模型的差异引起的;三是变形应力引起的裂缝,这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形,当变形受到约束时便产生应力,当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。
混凝土表面裂缝一般是在干缩变形和混凝土自身温度场变化的内部约束或由于气温骤降而引起的。表面混凝土冷却受内部热混凝土的约束而产生的温度应力,当它们大于混凝土同龄期的抗拉强度时裂缝就会发生。如果不受其它因素的影响,一般不会形成贯穿裂缝或深层裂缝。内部裂缝是在浇筑块顶面上出现表面裂缝后,再在其上浇筑新混凝土,则原来的表面裂缝就变成了内部裂缝。深层裂缝是出现在脱离基础约束范围以外的表面裂缝,在经历一个较长降温的过程以后,如果内部温度较高,在混凝土块内部将形成一个温度梯度比较陡的复杂温度场,从而使裂缝向纵深发展,形成深层裂缝,其内部仍是连续的。基础贯穿裂缝是切断混凝土结构的大裂缝。混凝土浇筑温度过高加上混凝土水化热温升,形成混凝土的最高温度,当降到施工期的最低温度时,即产生基础温差,这种由于均匀降温产生的温度应力,当其大于同龄期混凝土的抗拉强度时就产生裂缝。基础贯穿裂缝是混凝土变形受外界约束而发生的,它的整个断面均受拉应力,只要产生裂缝,就会形成贯穿裂缝。
微裂缝是所有混凝土结构都具有的,它的存在是正常的现象。它虽然对混凝土结构的变形、强度有影响,但在设计规范中就已经考虑到微裂缝对混凝土强度和抗裂性能的影响,对具体的结构不需另加研究。但微裂缝的存在,结构受力作用时,就会发展成宏观裂缝。其基本过程是原始粘结裂缝的逐渐扩大和新的粘结裂缝的出现,产生少量穿越砂浆的裂缝,穿越砂浆的裂缝发展较快,并出现局部穿越骨料的裂缝,各种裂缝迅速发展并逐渐贯通,形成贯穿裂缝。
二、大体积混凝土易产生裂缝的原因
1、温度变化引起的裂缝
大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝由混凝土内部因素和外部因素而产生的，这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制，引起温度变化主要因素有：
1）外界气温变化的影响。大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。2）结构温差较大，当大体积混凝土浇筑在约束地基（例如桩基）上时，由于受到外界的约束，又没有采取特殊措施降低，放松或取消约束，或根本无法消除约束，裂缝易发生深进，直至贯穿整个混凝土整体。3）水化热的影响。大体积混凝土浇筑之后由于水泥水化放热，常使混凝土内部温度上升,这就形成了内外温差，当这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力超过混凝土抗压强度时，就会导致混凝土裂缝.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。
温度裂缝的产生一般是不可避免的，重要的是如何把其控制在规范允许的范围之内，要进行有效的控制，就必须进行科学预测，以保证控制的准确性。对温度应力的控制一般是现场进行温控。在浇筑混凝土时，采用温度传感片和测温仪，从浇筑开始测温（包括入模温度，环境温度），并及时抹压（特别是初凝前）和保温保湿养护。浇筑完后根据温控指标，及时调整保温保湿养护条件。这里要说明一下，温度影响系数受多种因素影响，其中温度、湿度、散热界面（土、空气等），初凝时间、风速、温差等影响较大，特别是风速和温差较大时，温度影响系数会大大降低，最高温升将降低。但为防止降温过快，形成大的温度梯度，夏季选用蓄水养护,秋冬季加盖草袋、海绵，如果工地风大、气候干燥，拆模后应及时采取防风，保温措施，并及时回填土，实践证明这些方法对温度影响系数的改变是非常有用的，控制也是非常成功的。
2、受约束，产生拉应力
不受约束的混凝土是不会产生内应力的，体积变化受约束才产生内应力。约束条件有两种，即外约束和内约束。外约束是指结构物的边界条件，一般指基础或其他外界因素对结构物的约束，水泥水化后期，散发热量大于放热量，构件温度降低，体积收缩，受边界条件约束，产生拉应力。如现在比较常见的地下室桶式结构、剪力墙结构受基础约束明显。内约束是由于内部水泥水化热不易散发，表面则易于散发，内部体积膨胀，表面则体积收缩（特别是遇气温骤降或过水），受内部约束，产生拉应力。
3、抗拉能力低
混凝土是脆性材料，抗压能力较高，抗拉能力较低。抗拉强度仅为抗压强度的1/10左右；极限拉伸也很小，通常不足1×10－4。大体积混凝土温度变形受约束时产生的拉应变（或拉应力）很容易超过极限拉伸（或抗拉强度）而产生裂缝。
以上三方面同时存在，并达到相当程度必然会发生裂缝。缺少其中一个，或其中一个没有达到相当程度，裂缝可能不会发生。大体积混凝土裂缝产生的最根本原因是水化温升的引起的体积变化。
三、大体积混凝土防裂的措施
分析大体积混凝土裂缝的成因和工程实践表明：控制水化热；改变约束条件；提高混凝土极限拉伸能力等措施都能有效防止裂缝的形成。但是改变约束条件和提高混凝土极限拉伸能力通常较为困难，只能通过控制水化热来降低内外温差，从而解决大体积混凝土的防裂问题，所以规范要求混凝土内外温差小于25℃。
1、控制混凝土温升
1)选用中、低热的水泥品种，可以减少水泥水化反应释放的水化热，使混凝土减少升温。2)掺入一定数量的粉煤灰外加料。粉煤灰具有一定活性，既可以替代部分水泥，又能改善混凝土的粘塑性和可泵性，降低混凝土的水化热 粉煤灰最多掺量不得高于水泥用量的20％。3)粗、细骨料的选择；根据施工条件和施工工艺，尽量选用粒径较大、级配良好的石子；细骨料采用优质中、粗砂。增大骨料粒径可减少用水量，使混凝土的收缩和泌水随之减少，同时也减少水泥用量，使水泥的水化热减少，最终降低了混凝土的温升。
2、延缓混凝土的降温速率
大体积混凝土浇筑后应及时对混凝土进行保温、保湿养护。保温可减少混凝土上升温阶段的内外温差，防止产生表面裂缝；保温可防止混凝土表面脱水产生干缩裂缝；混凝土的保温、保湿还可使混凝土水化降温速率延缓，减少结构温差，防止产生过大的温度应力。
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