大体积混凝土裂缝形成机理、原因与技术措施（龙振华,冯新棵,严孝科等）

发布时间：2022-02-22 15:21:36 浏览数：次

关于大体积混凝土的定义，目前国内外尚无一个统一的规定。美国混凝土学会（ACI）规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大的限度减少开裂。”日本建筑学会标准（JAsss）中规定：“结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称之为大体积混凝土。”大体积混凝土由于自身的一些特殊性能导致他与普通的混凝土有很大的区别，下面就大体积混凝土裂缝形成机理、原因与防治对策谈一点认识。

1 大体积混凝土裂缝形成的机理

由于大体积混凝土结构的截面尺寸较大，所以由外荷载引起裂缝的可能性很小。通常是由于混凝土内部水化产生的热量无法向外传播散热，致使内部温度升高，当外层的混凝土由于散热较快与环境温度相差不大，形成内高外低的温度场，当内外温差≥25℃左右时，混凝土表面会形成冷缩裂缝。随着时间的推移，混凝土内部温度也会逐渐降到与环境温度一致。在内部降温的过程中也可能形成内部温度收缩裂缝。如武汉有几幢高层建筑大体积混凝土底板，有的实测最高温度曾达80～90℃，而外部环境气温仅30℃左右，如不采取措施，内外温差可能达到50～60℃。

2 大体积混凝土裂缝产生的原因

大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力的应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度的裂缝。总结大体积混凝土产生裂缝的工程实例，产生裂缝的主要原因有以下几个方面：

2.1水泥水化热的影响

水泥在水化反应过程中会产生大量的热量。这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。试验证明，每克普通硅酸盐水泥放出的热量可达500J。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，所以会引起混凝土结构内部急骤升温。大体积混凝土测温试验研究表明，水泥水化热在1～3d内放出的热量最多，大约占总热量的50%左右；混凝土浇筑3～5d内内部的温度最高。混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都很低，对水泥水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力自然也比较小，不会产生温度裂缝。随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应不断提高，对混凝土降温收缩变形的约束也愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗此温度应力时，便容易产生温度裂缝。

2.2内外约束条件的影响

各种混凝土结构在变形变化中，必然受到一定的约束，从而阻碍其自由变形。阻碍变形的因素称为约束条件。约束又分为内约束和外约束。结构产生变形变化时，不同结构之间产生的约束称为外约束，结构内部各质点之间产生的约束称为内约束。建筑工程中的大体积混凝土承受的温差和收缩，故外约束应力占主要地位。

大体积混凝土地基浇筑在一起，当温度变化时受到下部地基的限制，因而产生外部的约束应力。在全约束的条件下，混凝土结构的变形应是温差和混凝土线膨胀系数的乘积，即：∈＝△T·α。当∈超过混凝土的极限拉伸值∈p。时，混凝土结构便出现裂缝。由此可见，降低混凝土的内外温差和改善其约束条件，是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。

2.3外界气温变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土开裂有着重大影响。混凝土的内部温度是浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度的叠加之和组成。

温度应力是由温差引起的变形所造成的，温差愈大温度应力也愈大。因此，研究和采取合理的温度控制措施，控制混凝土表面温度与外界气温的温差，是防止混凝土裂缝产生的另一个重要措施。

2.4混凝土收缩变形的影响

混凝土收缩变形的影响主要包括塑性变形和体积变形两个方面。在混凝土硬化之前，混凝土处于塑性状态，如果上部混凝土的均匀沉降受到限制，如遇到钢筋或大的混凝土集料，或者平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，就容易形成一些不规则的混凝土塑性收缩性裂缝。这种裂缝通常是互相平等的间距一般为0﹒2～1﹒0m，并且有一定的深度，它不仅可以发生在在大体积混凝土中，而且可以发生在平面尺寸较大、厚度较薄的结构构件中。

混凝土在水泥水化过程中要产生一定的体积变形，但多数是收缩变形，少数是膨胀变形。掺入混凝土中的拌合水，约有20％的水分是水泥水化热所必需的，其余80％将要逐渐蒸发，最初失去的自由水几乎不引起混凝土的收缩变形，但随着混凝土的不断干燥而使吸附水逸出，就会出现干缩变形。

除了上述干燥收缩外，混凝土还会产生碳化收缩变形即空气中的CO2与混凝土中的Ca(OH)2反应生成CaCO3和H2O，这些结合水会因蒸发而使混凝土产生收缩变形。

3 控制在体积混凝土裂缝的技术措施

实践经验表明，现有大体积结构的裂缝，绝大多数是由温度裂缝原因而产生的。防止产生温度裂缝是大体积混凝土研究的重要课题，我国自20世纪60年代开始进行研究，目前已积累了很多成功的经验。工程常用的防止混凝土裂缝的技术措施主要有以下几个方面：

3.1原材料措施

⑴水泥品种。可能时尽量选用初期水化热低的水泥品种，如普通硅酸盐水泥的水化热比矿渣水泥大，可优选矿渣水泥。

⑵水泥用量。在采用外加剂减水、早强时，通常可节省水泥用量，降低水化热。

⑶掺用外掺料。如掺用粉煤灰，不仅可以取代部分水泥，减少水泥用量，还可以改善混凝土的可泵性等。

3.2降低混凝土入模温度

采用低温水(如加冰屑水、夏季的地下井水)作拌合水，可降低混凝土入模温度，从而降低内部温度积累值，减少内外温差。如葛洲坝大坝混凝土通过加冰屑水使入模温度夏季也能控制在7℃左右。

3.3内部设置循环水管降温

在混凝土内部预埋水管，通入冷却循环水，以降低内部温度。水流速度、流量参照实际测温结果调整。这种方法在大体积的混凝土设备基础中用得较多，在高层大体积基础混凝土中也有应用，如上海金茂大厦也采用其作为降温措施之一。

3.4混凝土表面蓄热养护

通常采用塑料薄膜覆盖混凝土表面，并加盖草席、草袋等，达到保温、保湿养护。这一措施同时还要配以混凝土内外测温监控。当内外温差还有可能超出25℃时，可采用二膜二袋覆盖，必要时还可外浇80℃以下的热水养护，以提高表面温度。

参考文献

[1]《建设工程监理》主编李惠强，中国建筑工业出版社，2006年9月出版

[2]”混凝土质量与裂缝”，作者：陈火珍，易春晖<楚天工程监督>2007年2期

[3]《建筑施工技术》主编张厚先，王志清机械工业出版，2005年8月出版

作者简介

龙振华，男，1962年4月～。湖北赤壁人，1982年7月毕业于武汉水利电力学院农田水利工程专业，高级工程师。主要从事工程建设教学与研究。

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