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大体积混凝土结构裂缝的原因分析及控制措施来源：人大经济论坛论文库 作者：沈浩文 时间：2015-05-22
大体积混凝土结构裂缝的原因分析及控制措施
提要：本文通过工程实例，详细介绍了大体积砼结构裂缝产生的原因，并提出了预防和减少砼裂缝的方法和施工中所要注意的常见问题。关键词：大体积混凝土 裂缝 温差 收缩 防裂措施
1.引言
1.1背景及国内外研究现状
混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，特别是能耗较低，因而用途极为广泛。
根据大体积混凝土施工规范（GB50496-2009）【1】，混凝土结构物实体最小尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化热引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。
1.2研究的意义
现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如大型设备基础、选煤厂筒仓基础等。
基础结构大多埋置地下，耐久性要求较高。因此控制混凝土的裂缝，以提高混凝土的抗渗、抗裂和抗侵蚀性能，是建筑工程大体积混凝土施工中必须研究的问题；第二，由于较大的结构裂缝会影响结构安全，对混凝土结构裂缝的预防、控制，对承重有着至关重要的作用。
1.3 大体积混凝土裂缝形成的原因
1.3.1 温度应力引起裂缝
温度裂缝产生主要原因是由温差造成的。温差可分为以下三种：混凝土浇注初期，产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面温度为室外环境温度，这就形成了内外温差，这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗拉强度时，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；当混凝土内部达到最高温度后，热量逐渐散发而达到环境温度，它们与最高温度的差值就是内部温差；这三种温差都会产生温度裂缝。在这三种温差中，较为主要是由水化热引起的内外温差。
1.3.2 收缩引起裂缝
1.3.2.1 干燥收缩
混凝土硬化后，在干燥的环境下，混凝土内部的水分不断向外散失，引起混凝土由外向内的干缩变形裂缝。
1.3.2.2 塑性收缩
在水泥活性大、混凝土温度较高，或在水灰比较低的条件下会加剧引起开裂。因为这时混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍受到一点拉力，混凝土的表面就会出现分布不均匀的裂缝，出现裂缝以后，混凝土体内的水分蒸发进一步加大，于是裂缝进一步扩展。
1.4工程概况
内蒙古准格尔旗暖水项目部，内蒙古伊泰准东金泰储运有限责任公司暖水煤炭集运站原煤仓工程，基础类型为筏板基础，板厚1.6m～2m，直径25.8m，本工程筏板基础属于大体积混凝土。
2. 裂缝的预防和控制
在本工程中，采取了如下措施，进行了控制：
2.1配合比设计阶段
本工程为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们把部分水泥用粉煤灰代替。
掺入粉煤灰主要有以下作用：①由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；②由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，收缩值也相应减少。
由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多。本工程每立方米混凝土粉煤灰掺量为137kg，水泥用量为290kg。
尽量扩大粗骨料的粒径，因为粗骨料粒径越大、级配越好、孔隙率越小，总表面积就越小，每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就越小，水化热就随之降低，对防止裂缝的产生有利。
级配良好的中砂和中粗砂其孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热就低，裂缝就减少，本工程采用的是中粗砂。
另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，需选用干净的中粗砂。
本工程采用了减水剂，减水剂的主要作用是改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。
本工程中使用了缓凝剂，缓凝剂的作用一是延缓混凝土放热峰值出现的时间，由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度也增大了，从而减小裂缝出现的机率，二是改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。
2.2混凝土拌制
在混凝土拌制过程中，要严格控制原材料计量准确，同时严格控制混凝土出机塌落度。本工程采用的是集中搅拌站，电脑配料，保证了精准计量。
要尽量降低混凝土拌合物出机口温度，拌合物可采取以下两种降温措施：一是送冷风对拌和物进行冷却，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的温度控制在6℃左右。
混凝土的拌制还可以从降低混凝土的入模温度和控制混凝土内外温差方面来防止混凝土开裂，当无设计要求时，控制在25℃以内。一般从降低拌合水温度，骨料用水冲洗降温，避免各种拌合料暴晒等来达到降温的目的。
由于本工程混凝土浇筑时间为10月份，在内蒙古准格尔旗昼夜平均气温为10℃，因此未对原材料进行降温处理。
2.3混凝土浇筑阶段
本工程采用了二次振捣施工工艺，在初凝以前对混凝土进行二次振捣，排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，减少内部微裂，增加混凝土密实度，使混凝土抗压强度提高，从而提高混凝土产品的抗裂性能。
二次振捣过后，在筏板混凝土表面压入了30*30mm钢丝网片，钢丝直径1mm，然后进行二次抹面工艺，减少了表面收缩裂缝。
本工程采用斜面分层浇筑法。浇注混凝土要求分层浇注，分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。避免纵向施工缝、提高了结构整体性和抗剪性能。
2.4混凝土养护阶段
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℃以内，预计拆模后混凝土表面温降不超过9℃才允许拆模。
混凝土浇注完毕后，及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿润，这样可以防止干缩裂缝的发生，促进混凝土强度的稳定增长。
大体积混凝土的温度裂缝，主要是由内外温差过大引起的。混凝土浇注后，由于内部较表面温度高，会形成内外温差，表面收缩受内部约束产生拉应力，这种拉应力通常很小，不至于超过混凝土的抗拉强度而产生裂缝。但是如果此时受到冷空气的袭击、过分通风散热，表面温度降温过大就很容易导致裂缝的产生，所以在混凝土在拆模后，在拆模后立即采取表面保护。本工程采用的是棉被进行覆盖。
2.5.养护阶段温度控制及效果
我项目部采用先进的混凝土测温技术，在混凝土内预埋传感器，垂直方向设置4个传感器，如下图所示：
另外，在混凝土外、保温层内放置传感器，测量混凝土环境温度。
对混凝土环境、上表面、中间、中间、下表面温度进行实时监测、记录，指导施工裂缝控制措施的实施。测温站点平面布置图如下图所示：
控温措施为：在混凝土表面先覆盖塑料薄膜，塑料薄膜上加盖棉被，棉被覆盖厚度根据测温记录进行调整。直至撤掉保温棉被。
3.结论
通过项目部共同努力，最终使得混凝土强度达到设计要求，温度裂缝进行了有效控制，未发现有影响结构的裂缝及表面收缩裂缝，混凝土抗渗性能好，未发现有渗漏现象的发生，达到了预期目标。
参考文献：
[1]大体积混凝土施工规范 中国计划出版社出版发行
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