大体积混凝土裂缝的原因及防裂技术的分析
摘要：本文结合了本公司大量的工程项目施工经验，得出大体混凝土工程裂缝问题是一个比较常见的弊端，这一难点给施工带来了很多不便之处，直接关系到工程的质量和竣工时间。笔者针对裂缝产生的过程分析研究，提出了大体积混凝土裂缝控制应从裂缝控制施工入手，以科学理论为基础，合理采用混凝土浇筑过程中的裂缝控制技术的观点进行了介绍，希望能给同行带来一定的参考价值。
关键词：大体积混凝土裂缝原因防裂技术分析
1前言
据调查统计发现，大体积混凝土出现裂缝相当普遍，其中地下底板混凝土出现裂缝占调查总数的20%左右，外墙混凝土出现裂缝占调查总数的80%左右。因此，混凝土结构以其材料价廉物美、取材容易、施工方便、承载力大、可模性好、可装饰强的特点，日益受到建筑企业的欢迎。尽管如此，大体积混凝土裂缝是长期困扰土建工程的一大难题。
2大体积混凝土含义
根据我国《混凝土结构工程施工及验收规范》，建筑物的截面最小边尺寸在1m以上，水化热引起混凝土内的高温度和外界气温之差，一般超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。
3 大体积混凝土裂缝产生的因素
3.1产生塑性裂缝
3.1.1塑性裂缝由于混凝土的塑性收缩引起,发生在混凝土的塑性阶段,属于干塑裂缝,出现太普遍。3.1.2一般来说厚度较大的混凝土浇筑后4h,水泥水化反应最激烈,出现明显的泌水和水分急剧蒸发现象,引起混凝土沉降收缩,在有钢筋的部位被钢筋托住,没有钢筋的部位混凝土下沉,发生顺钢筋产生干裂缝;混凝土浇筑后混凝土表面未及时覆盖受风吹日晒,混凝土表面游离水蒸发过快,产生急剧的体积收缩,而此时混凝土早期强度较低,不能抵抗这种变形应力而导致开裂。
3.1.3使用早期强度较高的水泥或水泥用量过多、水灰比过大等也是混凝土产生裂缝的主要原因。
3.2应力产生裂缝的原因
3.2.1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拉应力超过了当时混凝土的抗拉强度,造成混凝土裂缝。
3.2.2对大体积混凝土,因降温收缩产生的应力是其产生裂缝的主要原因。
（1）化学收缩
化学收缩是由于胶凝材料收缩引起的,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,其收缩量是干燥收缩的1/5～1/10,一般不会产生危害。
（2）干燥收缩
1）混凝土拌合水以不同形式存在于硬化后的混凝土中,拌合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必须用的水,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,这部分水仅占拌合水的1/4,而自由水完全是为了满足施工及操作需要的水。
2）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。
3）干燥收缩受环境潮湿影响最大,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。
（3）降温收缩
1）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。
2）混凝土降温阶段热量逐渐散发,混凝土温度逐渐下降,使混凝土体积逐渐收缩,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。
4控制大体积混凝土裂缝的措施
4.1管理施工
施工单位应该重视施工质量和加强质量管理，特别是要重视混凝土振捣、养护工作，保证模板的牢固、钢筋保护层的准确等。严格按照设计图纸进行施工，特别是要保证钢筋位置和数量。
4.2优化混凝土
4.2.1混凝土的抗拉强度小是混凝土容易开裂的内在因素。普通混凝土极限抗拉强度离散性很大，混凝土浇灌时，搅拌车在卸料前应高速运转一分钟，以确保混凝土均匀密实，减少开裂的发生。泵送混凝土坍落度大，易在表层产生细小裂缝。为防止这种裂缝，宜在混凝土初凝前和混凝土预沉后采取二次抹面压实措施。
4.2.2二次抹压时间必须掌握恰当，过早抹压没有效果，过晚抹压混凝土已进入初凝状态，失去塑性，消除不了混凝土表面已出现的裂缝。在浇筑混凝土过程中，应严格按照施工组织设计的施工线路实施浇筑。禁止闲散人员在钢筋上部停留或无序走动，以减少对钢筋网的踩踏。正确规定折模时间，如过早折模，砼表面温度较低，内部因水泥水化热温度很高，形成很陡的温度梯度，会产生很大的拉应力，极易形成裂缝。
4.3加强混凝土的养护
4.3.1养护主要是保持适宜的温度和湿度条件。为严格控制大体积混凝土的内外温差，确保混凝土质量，关键在于混凝土的养护。
4.3.2混凝土养护可分为保温养护和保湿养护。刚浇筑不久的混凝土，尚处在凝固硬化阶段，水化的速度较快，适宜的温度和潮湿条件可以减小混凝土表面的热扩散，防止混凝土脱水而产生干缩等表面裂缝；还可以使水泥的水化作用顺利进行，提高混凝土的极限拉伸和抗拉强度，使早期抗拉能力增长很快，防止产生贯穿性裂缝。
4.3.4在施工中应注意气象预报，在遇气温骤降时应及时进行表面养护，防止发生施工初期的表面裂缝。
4.4控制混凝土入模温度
4.1.1入模温度的高低，与出机温度密切相关，另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关。在温度较高的情况下进行施工，可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。在搅拌过程中向混凝土中添加冰水。
4.1.2在冬季进行施工时，因为要防止早期混凝土被冻问题，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。在浇筑混凝土以前还应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热，对原材料应视气温高低进行加热。
4.1.3对大体积混凝土施工，采取内散外蓄综合养护措施。
4.5严格控制混凝土的浇筑速度
4.5.1一次浇注的混凝土不可过高、过厚，以保证混凝土温度均匀上升。保证振捣密实，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，严防漏振及过振。混凝土浇筑可分水平全面分层、水平分段分层、斜面分层；其浇筑的时间控制尽量避开在太阳辐射较强的时间浇筑。
4.5.2工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，待气温较低时进行。另外，混凝土拆模时间控制。混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设计强度的75％以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25℃内，预计拆模后混凝土表面温降不超过9℃以上允许拆模。
4.6砼温度控制、监测与养生
4.6.1为降低大体积混凝土的水化热，在混凝土的内部通入冷却循环水，采用循环法保温养护，以便加快混凝土内部的热量散发。为能够较准确地测量出砼内部温度，在砼中预埋测温管，用水银温度计测温。上下层温差控制在15℃～20℃之内。
4.6.2为加强施工过程中测温工作，掌握大体积混凝土的温升和温降的变化规律，并对混凝土强度进行监测和控制，确保工程质量。
4.6.3信息化施工，即根据各测点的温度，及时绘制出混凝土内部温度变化曲线，对照混凝土理论计算值，分析存在的问题，有的放矢地采取相应的技术措施；砼养护是大体积砼施工中一项十分关键的工作，主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土的内外温差，促进砼强度的正常发展及防止裂缝的产生和发展。
4.6.4混凝土浇筑完毕后，在其顶面及时加以覆盖，要求覆盖严密，并经常检查覆盖保湿效果。其主要作用有二：一是蓄水保温，防止表面水分蒸发和抵抗受太阳辐射与刮风时温度骤变；二是保持内外温差的稳定。
5 施工材料的要求
5.1采用水化热较小的水泥；粗细骨料级配良好，砂子最好用中砂和粗砂，粗骨科最好采用较大石子，严格控制骨料中的含泥量。
5.2配合比在满足混凝土强度等级基础上，应尽量减少水泥用量以降低混凝土内部的水化热。控制混凝土的出机温度和浇筑入模温度。在混凝土中掺入适量外加剂及粉媒灰等，可改善其性能，节约水泥降低水化热。
6 结论
6.1大体积混凝土的施工技术涉及到经济、技术、设计、施工、管理等诸多方面，同时也是目前众多行业人士共同关注的一个重要问题。
6.2随着大体积混凝土工程的施工技术不断发展,不断探索,将会有更多的新方法、新工艺出现,使混凝土工程的裂缝处理技术日臻完善。
