浅析大体积混凝土裂缝

引 言

在现代工业与民用建筑中，大体积混凝土的工程规模日趋扩大，结构型式也日趋复杂。所以，解决大体积混凝土在施工过程中的难点，也变得更加重要。

大型工业与民用建筑中的一些基础，其体积达几千立方米以上者已屡见不鲜，而一些超高层的民用建筑的筏式基础混凝土的体积有的竟达1万立方米以上，厚度达2～3米，长度超过100米，这些都属于大体积混凝土。

在工程实施中，框架结构越来越占主要结构形式，越来越多的柱子与梁成为主要的受力结构，这样，在工程的施工过程中，碰到的大体积混凝土越来越多，由于大体积混凝土的自身原因及技术条件的限制，很多问题需要去解决。

虽然科学技术的突飞猛进，但大体积混凝土在结构中应用的越来越多及体现出来的施工难度大的问题的暴露，也越来越多的需要这方面的专业技术人员去解决。大体积混凝土施工过程中，由于混凝土中水泥的水化作用是放热反应，大体积混凝土自身又具有一定的保温性能，因此其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比其表层慢得多，在这些过程，混凝土各部分的热涨冷缩(称为温度变形)及由于其相互约束及外界约束的作用而在混凝土内产生的应力(称为温度应力)，是相当复杂的。一旦温度应力超过混凝土所能承受 的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。所以，本文将阐述一下施工中遇到的大体积混凝土裂缝产生的原因及部分解决方法。

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浅析大体积混凝土裂缝

1 大体积混凝土裂缝产生的主要原因分析

在建筑工程中，混凝土、钢筋混凝土是建筑结构的主要材料。由于经济建设规模的迅速扩大，建筑业向高、大、深和复杂结构的方向发展。工业建筑中的大型设备基础；大型构筑物的基础；高层、超高层和特殊功能建筑的箱型基础及转换层；有较高承载力的桩基厚大承台等都是体积较大的钢筋混凝土结构，大体积混凝土已大量地应用于工业与民用建筑之中。

什么是大体积混凝土，目前尚无统一定义。日本建筑学会标淮(JASSS)的定义是：“结构断面最小尺寸在80cm以上， 同时水化热引起的混凝土内最高温与与外界气温之差预计超过25℃的混凝土称之为大体积混凝土’’。同样北京第六建筑工程公司制定的“大体积混凝土工法\中认为“凡结构断面最小尺寸在75cm以上，双面散热在100cm以上、水化热引起的高温与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，均可称为大体积混凝土”。美国混凝土协会(ACI)规定的定义是：“任何就地浇注的混凝土，其尺寸之大必须采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度地控制减少开裂，就为大体积混凝土”。国际预应力混凝土协会(FIP)规定“凡是混凝土一次浇筑最小尺寸大于0。6m，特别是水泥用量大于400kg／m3时，应考虑采用水化放热慢的水泥或采取其他降温散热措施”。王铁梦在《工程结构裂缝控制》中的定义是：“在工业与民用建筑结构中，一般现浇的混凝土连续墙式结构、地下构筑物及设备基础等是容易由温度收缩应力引起裂缝的结构，通称为大体积混凝土结构”。本定义与美国ACI规定的大体积混凝土定义一致。

“大体积混凝土”最早出现在水利水电工程中。在水利水电工程建设应用中许多科研工作者对“大体积混凝土”已作了大量细致的研究，发展至今从理论到施工方法，施工方案及优化控制等方面己比较成熟，并相应制订了一系列规定，例如：早在1933年—1936年美国建成的大苦果重力坝，混凝土浇筑量达250万立方米，并且未出现裂缝。我国的三峡大坝，在各方面都取得了很大的成功。

但是，建筑大体积混凝土由于工程规模的大小、结构形式、混凝土特点、配筋构造及受荷情况都与水利水电类建筑物差异很大。建筑工程大体积混凝土相比于工大体积混凝土一般块体较薄，体积较小；混凝土设计强度高，单方混凝土水泥用量较大；连续性整体浇筑要求较高；结构构筑物多属于地下、半地下或室内，受外界条件变化影响较小。此外，在混凝土温度及温度应力的计算方法和采取的措施上，两者也有很多差异。建筑工程中，大体积混凝土与一般混凝土也是不同

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浅析大体积混凝土裂缝

的。大体积混凝土具有结构厚大、浇筑量大，工程条件复杂，且多为现浇超静定结构混凝土，施工技术和质量要求高等特点。因此，除了必须具有足够的强度、刚度、稳定性以外，还应满足结构物的整体性和耐久性要求[1]。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。微观裂缝是混凝土本身就有的，它的宽度仅2～5pm，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田。

混凝土的宏观裂缝按其成因有荷载裂缝、变形裂缝、施工裂缝、碱骨料反应裂缝。根据它们在结构中的分布区域，一般可分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三类。

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

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浅析大体积混凝土裂缝

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。

1.1 水泥水化热

水泥水化过程中要放出一定的热量。而大体积混凝土结构物一般断面较厚，水泥放出的热量聚集在结构物内部不易散发。通过实测，水泥水化热引起的温升，在水利工程中一般为15～25\，而在建筑工程中一般为20～30\，甚至更高。水泥水化热引起的绝热温升，是与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期(时间)按指数关系增长，一般在10～12天接近于最终绝热温升。但由于结构物有一个自然散热条件，实际上混凝土内部的最高温度，多数发生在混凝土浇筑后的最初3～5天。

由于混凝土的导热性能差，浇筑初期混凝土的强度和弹性模量都很低，对水化热引起的急剧温升约束不大，相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以至产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂缝。

1.2 收缩裂缝

混凝土中80％的水分要蒸发，约20％的水分是水泥硬化所必须的。混凝土水化作用产生的体积变形，称为“自身体积变形”，该变形主要取决于胶凝材料的性质，对于普通水泥混凝土来说，大多数为收缩变形，少数为膨胀变形，一般在-50~+50 x l0-6旷范围内。如果以混凝土温度线膨胀系数为10x0-6／℃计，当混凝土的自身体积变形从-0 x l0-6击变至50 x l0-6时，即相当于温度变化10℃引起的变形，这一数值是相当可观的。

目前，补偿收缩混凝土的研究和发展逐渐认识到，如果有意识地控制和利用混凝土的自身体积膨胀，有可能大大改善某些混凝土的抗裂性。但对于普通水泥混凝土，由于大部分属于收缩的自身体积变形，数量级较小，一般在计算中忽略不计.

如前指出，在混凝土中尚有80％的游离水分需要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩(干缩)，这种收缩变形不受约束条件的影响。若有约束，即可引起混凝土的开裂，并随龄期的增长而发展。混凝土的收缩机理比较复杂，其

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