大体积混凝土结构裂缝产生原因及预防控制
摘要：大体积混凝土施工中普遍会遇到裂缝控制问题，这是因为混凝土体积大，聚集的大量水化热会导致混凝土内外散热不均匀，在受到内外约束的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力并很可能导致裂缝产生，最终为工程结构埋下严重质量隐患。因此，大体积混凝土施工中应严格控制裂缝产生和发展，以保证工程质量。本文结合工作实际，简要分析大体积混凝土结构裂缝产生原因，并提出预防控制措施。
关键词：混凝土裂缝；产生原因；预防控制
引言：大体积混凝土是指最小断面任何一个方向尺寸大于1m以上，一次性浇筑量较大的混凝土结构，其尺寸已大到必须采取相应技术措施降低其温差，控制温度应力与裂缝开展的混凝土。大体积混凝土与普通混凝土相比，具有结构厚、体形大、钢筋密、一次浇筑量多，施工难度大等特点。大体积混凝土除需满足普通混凝土强度、刚度、整体性和耐久性等要求外，还必须控制混凝土温度变形裂缝的产生和发展。由于大体积混凝土施工条件复杂、施工情况各异，砼原材料质量性能差别很大，因此控制砼温度裂缝就不单纯是结构理论问题，还涉及到结构计算与设计、材料组成和其物理力学指标、施工工艺等方面的综合技术问题。
一、裂缝产生原因分析
混凝土结构裂缝分微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝是包括骨料与水泥石结合面的裂缝、水泥石自身裂缝及骨料本身裂缝等。微观裂缝的分布无规则、不贯通，一般用肉眼看不见。而宏观裂缝是由微观裂缝发展扩大而来，是用肉眼看得见的，其宽度一般不小于0.05mm。
混凝土结构裂缝的产生主要由以下三个方面的原因：一是由外荷载引起或由主要计算应力引起；二是由于结构的实际工作与计算假设理想模型间的差异而产生的结构次应力引起的；三是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形，当结构变形受到约束时就产生应力，且应力大于混凝土抗拉强度时就产生裂缝。建筑结构中的大体积混凝土所承受的变形主要由温差和收缩所产生，是我们控制的主要内容之一。
建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所产生的热量不能及时排散而产生温度变化和收缩作用。由此产生的温度收缩应力是导致砼产生裂缝的主要原因。温度裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。砼表面裂缝一般无规则可言，且深度小于钢筋保护层厚度；而贯通裂缝是在大体积混凝土强度发展过程中，由于温差超过一定限度（一般按20-25℃考虑）而引起的温差变形以及砼失水引起的体积收缩变形，受到地基或其它结构的约束限制时引起拉应力超过混凝土抗拉极限强度时可能产生贯通整个混凝土截面的裂缝。这两种裂缝对结构物均具有危害性。
二、控制裂缝开展的方法
1.精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。
2.增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。
3.避免结构突变产生应力集中。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
4.在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。
5.设置永久性伸缩缝：在超长的现浇砼结构中间设置若干变形缝，以释放大部分变形。如宁波建龙炼钢连铸系统的在线连铸机设备基础，在设计中便考虑了每跨设置一道变形缝。变形缝一般控制在40-60m左右。
6.设置后浇带：在施工中设置后浇带，可有效控制温度裂缝的扩展。如宁波建龙连铸车间的横移台车基础便在中间设了两道后浇带，上海浦东宏力半导体钢结构厂房1000mm厚钢砼地面施工中也采用了后浇带法来防止温度应力引起地面破坏。
7.采用分段间隔浇筑和水平分层间歇浇注法，如山东东明中谷国家粮食储备库地面施工中，即采用分仓浇筑法。而一般的砼浇筑均采用分层浇筑来减小温度应力引起的结构破坏。
8.采用改善配筋，减少砼收缩，提高砼抗拉强度等方法，以抵抗温度和收缩变形所产生的应力。
9.通过施工技术措施控制温度和收缩裂缝。
三、控制温度和收缩裂缝的技术措施
1、降低水泥水化热
（1）采用低水化热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥来配制混凝土。如在宁波建龙连铸主机区设备基础底板砼中就采用了矿渣硅酸盐水泥，达到了预期效果。
（2）利用混凝土后期强度，以减少砼的水泥用量。根据有关资料显示，每增减压10Kg/m3水泥，水化热将使砼温度相应升降1℃。
（3）掺加粉煤灰或掺加相应的减水剂，改善砼和易性、降低水灰比以达到减少水泥用量、降低水泥水化热的目的。
（4）少筋或无筋的大体积砼中，抛入20-30%的大石块（15-30cm），既节省水泥和减少水化热，又能减少砼用量。
2、降低混凝土入模温度
（1）选择较适宜的气温浇筑混凝土，避开炎热天气和高温时段，也可用低温水或冰水搅拌混凝土，以达到降温的目的。
（2）掺入缓凝型减水剂，如木质素磺酸钙等。
3、加强施工中的温度控制
（1）砼浇筑完后及时做好砼保温保湿养护，夏季避免暴晒，注意保湿，冬天采取保温覆盖，以免发生温度剧变。
（2）采用长时间养护，规定合理拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥砼的“应力松驰效应”。
（3）加强温度监控与管理，将砼内外温差控制在20-25℃以内。
（4）合理安排施工程序，减缓分层浇筑速度，分层浇筑厚度控制在30-50cm以内。结构施工完要及时回填土，避免砼长期暴露。
4、采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当位置设后浇带，以改善约束条件，降低温度应力。
5、提高混凝土的极限抗拉强度
（1）选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强砼振捣，提高砼密实度和抗拉强度，减少砼收缩变形。
（2）采取二次投料、二次振捣法，浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高砼早期强度的抗拉强度和弹性模量。
（3）在大体积砼内设置必要的温度配筋，在截面突变和转折处、墙体与底、顶板连接处，孔洞转角及砼周边，增设斜向构造配筋，以改善应力集中，防止裂缝出现。
6.施工方法控制措施：大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，降温速度不应超过0.5℃～1.0℃/h。对大型设备基础可采用分块分层浇筑（每层间隔时间5d～7d），分块厚度为1.0m～1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时，在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层（浇二度沥青胶撒铺5mm厚砂子或铺二毡三油），底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少约束作用。此外，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。尽量采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。还可根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。
四、结论
大体积混凝土的施工条件复杂，施工条件各异，而且受自然环境、原材料供应及材料性能的影响都很大，需要因地制宜地加以分析，选择经济合理、施工方便且行之有效的一种或几种方案进行，切不可盲目行事甚至失得其反。
参考文献：
[1]侯君伟.现浇混凝土建筑结构施工手册.机械工业出版社.2003
[2]杨南方等.混凝土结构施工实用手册.中国建筑工业出版社.2001