大体积混凝土开裂原因及防治措施初探

大体积混凝土开裂原因及防治措施初探

程红娟

摘要：深入地分析建筑结构中的大体积混凝土开裂原因，并提出了一系列有效地防止开裂的措施，从而最大限度地预防并控制混凝土裂缝的产生，具有一定的理论价值和现实意义。

关键词：大体积混凝土；开裂；防治

中图分类号：TU375.6文献标识码：A文章编号：1000－8772(2009)06－0129－02

收稿日期：2009-03-16

混凝土裂缝问题在建筑施工中有着重要的地位，处理不当将引起混凝土保护层剥落及钢筋锈蚀，使钢筋混凝土强度和刚度削弱降低，影响结构的耐久性甚至会影响结构的正常使用。因此，控制混凝土裂缝在工程实践中是非常重要的。

一、大体积混凝土开裂原因分析

现浇混凝土在硬化过程中，由于混凝土中水分的改变、化学反应、温度变化等原因，都会导致混凝土的干缩变形、自生体积变形和温度变形等。

从流变学观点分析，混凝土是一种同时具有黏、塑、弹性的复合材料。新拌的混凝土处于以黏、塑性为主的阶段，水化过程使混凝土由黏、塑性逐渐过渡到以黏、弹性为主的凝固阶段，即混凝土的水化硬化过程就是混凝土的黏、塑、弹性流变的全过程。混凝土的黏、塑、弹性还会因周围环境的变化、外力的作用、外加剂的掺人而改变。硬化混凝土是由固、液、气组成的多相复合材料，其中液相和气相主要是由于混凝土中孔、缝所致。微孔和毛细孔是在混凝土成型和水泥水化硬化过程中形成的，其成因除荷载因素外，主要是由于混凝土的收缩，最常见的是在限制条件下因收缩引起的开裂。混凝土收缩开裂分为早期塑性收缩、干缩、冷缩和自收缩等四种。早期塑性收缩只限于混凝土表面。混凝土脱模后，在初凝前外表面蒸发快，内部水分补充不上，容易出现混凝土表面干缩，生成网状细裂缝，因此混凝土在脱模初期（14d）要加强潮湿养护。干缩是混凝土内水分散失引起的收缩。混凝土表面收缩先于并多于内部，引起的裂缝由外向内发展，外面裂缝宽度大于内部裂缝宽度。冷缩是混凝土结构热量散失引起的收缩，温差大和降温快，容易开裂。自收缩是水泥水化前后绝对体积的缩小。

混凝土施工中，水分的改变通常表现为接触失水，以及混凝土表面蒸发，混凝土在硬化过程中约有20%的水分是水泥水化所必须的，还有80%的水分要不断蒸发，随着水分的变化减少，引起混凝中硅酸钙胶体体积减小而不断干燥收缩，混凝土中就会产生收缩应力，试验证明混凝土收缩的整个过程要持续二年以上。由于干缩变形能使构件中出现较大应力，于是结构薄弱部位就产生裂缝，这种裂缝对结构的危害较大，会严重影响结构的耐久性。

化学反应的自生体积变形，主要是混凝土依靠胶凝的材料自身水化引起的，混凝土的自生体积变形（除膨胀水泥混凝土外），大多为收缩。

温度变化产生温度应力和温度变形，这是水泥水化热作用引起的，如果浇注的大体积混凝土结构本身各部分温度变形不一致而相互约束，从而产生自身温度应力；

另外，由试验得知：混凝土的线胀系数为，而混凝土可以承受的极限变形为，而某些大体积混凝土结构热胀冷缩受到约束，不能自由变形，接近全约束状态的温度应力是很大的，其最大拉应力值为smax＝－EaT，而混凝土的弹模一般约为，标注抗拉强度为2.4MPa，可求出其最大允许温差为：所以当大体积混凝土内外温差达到30℃以上时，就一定会在某些区域产生拉应力，把混凝土拉裂，即出现温度裂缝，因此大体积混凝土浇筑时，必须采取温差控制措施，尽可能减少温度变形引起混凝土开裂，且大体积混凝土内部自收缩引起的裂缝是自内向外发展的。据有关资料，温度变形引起的轴向拉应力可达1.9MPa~2.1MPa，因此，混凝土开裂可由微缝扩宽并发展为可见裂缝。另外，地基的不均匀沉降，结构强迫变形和施工质量或工艺等也会造成大体积混凝土产生裂缝。

总之，大体积混凝土在浇筑过程中，不可避免地会出现混凝土体积收缩变形。当混凝土处于自由状态下，体积变形没有多大关系，当它与相邻结构物牵制而处于约束状态时，混凝土发生的收缩变形会由于约束引起拉应力，混凝土的抗拉强度不高，约为抗压强度的6％~10％，并随着抗压强度的增高而减小，因而体积变形过大容易引起混凝土开裂，混凝土开裂对承重混凝土结构物会影响其承载能力。由于裂缝的渗漏，可侵蚀混凝土中的钢筋，在冻融作用下，可能加速破坏，引起一系列的危害。

二、大体积混凝土开裂的防治措施

由以上分析可知，大体积现浇混凝土出现裂缝是不可避免的，这是由混凝土本身的特点所致，但可以尽量减少裂缝、特别是避免裂缝贯通，所以应采取一定的措施，尽量减少变温变形引起的混凝土开裂。

作者认为，采取以下几个措施，可以有效地减少大体积混凝土开裂：

1.适当提高混凝土的极限拉伸，如提高含钢率或减小钢筋直径都可以提高材料的抗裂性能，但减小钢筋直径加密间距要比提高含筋率效果明显一些。研究表明，增加一倍钢筋只提高材料抗裂性能5.1％；把钢筋直径减小，由f6@16改为f4@7.5，不提高含钢率基本上也可提高材料抗裂性能11.3％。

2.降低水灰比，减少混凝土的早期塑性收缩；

3.在脱模初期，加强混凝土的潮湿养护，减少混凝土的干缩和自收缩；研究表明，混凝土干缩一般为2'10－4～4'10－4，如果混凝土没有约束或与其重量相比的约束可略去不计时，在自重的作用下，干缩裂隙不会产生。

4.混凝土中掺入部分优质矿物细骨料，减少混凝土的发热量，从而减小混凝土的伸长或收缩量；

5.严格控制混凝土温度。如降低混凝土出机及入模温度，可采用预冷骨料、冷水拌和、加冰拌和、对拌合物进行降温处理、在混凝土运输容器和输送管道外包裹保温材料等方法；降低棍凝土内部温度，可采用预埋管道通过循环水或空气带走混凝上内部热量，降低内部温度；混凝土表面进行保温，即在混凝土表面覆盖保温材料，以减少内外温差，降低混凝土表面温度梯度，延缓混凝土的降温速度。

6.改善大体积混凝土受力状况。研究表明，当混凝土与相邻结构物牵制而处于约束状态时，混凝土发生的收缩或伸长变形会由于约束引起拉应力，并导致大体积混凝土开裂，而当混凝土处于自由状态下，体积变形没有多大关系。

7.在混凝土中掺入适量的外加剂，使混凝土具有一定的膨胀性能，产生膨胀预压应力，克服混凝土由于收缩引起的开裂。

三、结语

以上某些措施虽然能从一定程度上遏制混凝土的开裂，但不能从根本上解决混凝土的收缩变形以及由收缩变形引起的混凝土开裂缝问题，因此，研究大体积混凝土防收缩和防裂技术的应用，具有重要的理论价值和现实意义。参考文献：

[1]陈晓祥.新型单层冻结井壁关键技术与设计理论研究[D].

北京：中国矿业大学，2007.

[2]王衍森.特厚冲击层中冻结井外层井壁的强度增长及其受

力规律研究[D].北京：中国矿业大学，2005.

（责任编辑：张玲）