大体积混凝土裂缝成因与对策

摘要：随着国民经济的发展，大型现代化技术设施和构筑物不断增多，大体积混凝土往往是构成其主体的重要组成部分。本文通过对大体积混凝土裂缝产生的原因分析，从混凝土原材料选择的控制，粉煤灰和外加剂的合理掺用，混凝土的浇筑与养护等方面，提出了防止大体积混凝土开裂的应对措施。从而保证了工程质量，取得了良好的经济效益。
2）关键词：大体积混凝土；温度应力；混凝土裂缝；防裂措施
As the national economy develops,large modern technology facilities and structures increase fast, mass concrete always constitutes an important part of the body. This article proposes the measures for preventing the crack of mass concrete from aspects of the control of raw materials selection,reasonable use of fly ash and admixtures,pouring and curing of concrete with the analysis of the reasons for generating the crack of mass concrete.Thus we can ensure the engineering quality and get good economic benefit.
mass concrete; temperature stress; concrete crack; preventive measures
引言
在现代工程建设中，混凝土占有重要地位。然而混凝土的裂缝产生较为普遍，在建筑工程中裂缝屡见不鲜。尽管在施工中采取各种措施，但裂缝仍然时有出现。究其原因，对混凝土温度应力的变化敏感度不够是混凝土裂缝产生的关键因素之一。随着国民经济的发展，大型现代化技术设施或构筑物不断增多，大体积混凝土往往是构成其主体的重要组成部分。大体积混凝土，是指混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于l m，或预计会因水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。大体积混凝土的最主要特点，是以大区段为单位进行施工，施工体积厚大，由此带来的问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，由此产生的内部的热量又不易导出，造成较大的内外温差，随之产生的温度应力也较大，加之混凝土早期的抗拉强度低，弹性模量小，致使混凝土开裂，影响工程质量。为了防止裂缝的发生，必须采取切实有效的措施。

1 大体积混凝土裂缝原因分析

影响混凝土裂缝的因素相当复杂，如水泥品种及用量、混凝土入模温度、环境温度、施工方案、配筋率、几何尺寸、混凝土本身的导热性能、收缩变形等。所以要控制裂缝的出现是一个相当复杂的问题，混凝土生产要进行施工前、施工中、施工后的全过程监控。大体积混凝土的裂缝主要是由温度变形引起的。因为混凝土是热的不良导体，散热很慢，浇筑后，大体积混凝土内部温度远高于外部，形成较高的温差，造成内胀外缩，使外表面产生很大拉应力而致开裂，因此，如何减少内外温差是至关重要的。除优化其原材料、加入外加剂，严格控制浇筑过程外，更应对温度这一多变的环节进行严格控制。
裂缝的产生主要有以下几种原因：水泥水化热、外界气温变化、约束条件、混凝土收缩变形。

1.1水泥水化热

水泥在水化过程中要产生大量的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。

源于：硕士论文www.udooo.com

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失，使混凝土内部的温度升高。混凝土内部的最高温度，大多发生在浇筑后的3～5d，当混凝土的内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力也越大。另外，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愈来愈大，以致产生很大的拉应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这些温度应力时，便开始产生温度裂缝。这就是大体积混凝土容易产生裂缝的主要原因。通过实测，水泥水化热引起的温升，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，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种（主要是水化热值）有关，并随混凝土的龄期（时间）按指数关系增长，一般在10～12d 接近于最终绝热温升（视气温变化而异）。一般混凝土绝热温升（水化热温升）Tr可以用下式表示：

式中P—每千克水泥水化热量(kJ／kg)；
R—每立方米混凝土中水泥用量(kg／m3)；
C—混凝土的比热，（kJ／kg）；
ρ—混凝土的密度，（kg／m3）；
α—试验常数，与水泥的放热速率有关；
t—混凝土的龄期（d）；
从上式可以看出：水化热温升主要取决于水泥用量、水化热、水泥的性质与龄期。因此配制大体积混凝土时，要采用水化放热量和放热速率较低的水泥，并尽可能减少水泥用量，延缓水泥的水化放热速率，从而保证混凝土内部的水化热有足够的时间散发出去，以降低内外温差。

1.2外界气温变化

在施工阶段，外界气温的变化对大体积混凝土的影响是显而易见的。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；而如果外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外界混凝土与内部混凝土的温度梯度，产生较大的温度应力，这对大体积混凝土是极为不利的，因此控制混凝土表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。

1.3约束条件

温度变形、自身体积变形和徐变等受内外约束是混凝土裂缝产生的主要原因。自由且均匀的变形并不产生应力，当温度和自身体积变形受到外部及内部约束时，混凝土产生应力，由边界条件约束而产生的应力称外约束应力；结构自身约束而产生的应力称内约束应力。前者是产生深层裂缝的原因，而后者是产生表面裂缝的原因。混凝土开裂是内外约束应力共同叠加的结果．内部约束应力主要与混凝土内外温差有关，并随着内外温差减小而减小，外部约束应力主要与温升幅度和外界约束强度相关。
实践证明，多数工程混凝土的温差一般在20～25℃之间尚未开裂。这主要因为结构物不可能受到绝对约束，混凝土也不可能完全没有徐变和塑性变形。比如大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于混凝土的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使混凝土与地基连接不牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会出现垂直裂缝。

1.4混凝土的收缩变形

混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形受到外部约束时(支承条件、钢筋等)，将在混凝土中产生拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度时使得混凝土开裂，形成收缩裂缝，影响结构的耐久性和承载能力。引起收缩裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩3种。在硬化初期主要是水泥水化凝固结硬过程中产生的体积变化，中期主要是混凝土在降温过程中伴随的体积收缩，尤其是大体积混凝土，温升大，温降也大，体积收缩比较明显，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。