大体积混凝土结构裂缝控制探讨
摘要：许多建筑物结构，尤其是具有大体积混凝土的建筑物，在建设和使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。大体积混凝土结构裂缝控制进行了初步探讨。
关键词：大体积；混凝土结构裂缝；控制
引言：
近年来，我国的经济高速增长，基础建设得到迅猛发展，全国各地兴建了大量混凝土建筑物，而混凝土结构在建设和使用过程中经常出现不同程度，不同形式的裂缝，大体积混凝土结构出现裂缝则更普遍，是长期困扰建筑工程的一个技术难题。要解决大体积混凝土裂缝问题，首先要对大体积混凝土有一个明确的概念。
1大体积混凝土结构裂缝的成因：
从裂缝产生机理上讲，混凝土本身是一种非均质的复杂多相混相材料，在其微观结构相组成之间主要的结合力是范德华力，因此其抗拉强度远低于抗压强度。当混凝土内部产生拉应力超过其抗拉强度时，就会产生裂缝。裂缝可以分为由荷载引起的和由变形变化引起的裂缝两大类。根据国内外调查资料显示，工程实践中结构的裂缝原因，属于由变形变化（温度、湿度、地基变形）引起的约占80%，属于荷载引起的约占20%。而大体积混凝土结构裂缝成因很多，其中大多数是由混凝土的温度应力和收缩变形作用引起的。对于大体积混凝土结构而言，混凝土内部剧烈变化的温度和温度应力主要是水泥水化热引起的温差造成的。温差的产生有三种情况∶第一种是在混凝土浇筑初期，产生大量的水化热，水化热积聚在混凝土内部温度上升；而混凝土表面温度为外界气温，由此产生内外温差。另一种是在拆模前后，表面温度降低很快，形成陡降，也会产生内外温差。第三种是当内部温度达到峰值后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，最高与最低温差就是内部温差。收缩变形引起的裂缝有两种，即混凝土硬化前的塑性收缩和混凝土硬化后的干燥收缩。塑性收缩是指在水泥活性较大，混凝土温度较高，或水灰比较低的条件下，混凝土泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，尚处于塑性状态的混凝土受拉，其表面会出现分布不均匀的裂缝，随之，混凝土体内水分蒸发进一步加大，裂缝进一步扩展；而干燥收缩是指在干燥环境下，已硬化的混凝土内部的水分不断向外散失，引起混凝土由外向内的干缩变形裂缝。不受约束的混凝土是不会产生应力的，无论是温差还是收缩变形，究其原因都是受到约束才产生应力的。约束有两种，一是外部约束，二是内部约束。
2 大体积混凝土结构裂缝的基本形式
常见大体积混凝土结构裂缝有两种，分别为宏观裂缝和微观裂缝，而宏观裂缝是由微观裂缝发展而成的。（1）微观裂缝。微观裂缝是指用肉眼看不见的、其宽度在0.05 mm以下的裂缝，其分布不规则，沿截面是不贯穿的。一般情况下，有微裂缝的结构可以承受拉力，但在结构某些承受拉力较大的薄弱部位，在拉力的作用下微观裂缝容易发展并成为贯穿结构全截面的裂缝。（2）宏观裂缝。宏观裂缝是指用肉眼可以看见的、其宽度在 0.05mm以上的裂缝，它是微裂缝发展的结果。按裂缝在结构上出现的具体形式可分为垂直裂缝、水平裂缝、斜裂缝以及由斜裂缝形成的螺旋状裂缝；从裂缝进入构件深度可分为表面裂缝、深层裂缝与贯穿裂缝；按状态又可分为稳定裂缝和不稳定裂缝；按危害性又可分为无害和有害裂缝，等等。
3 大体积混凝土结构裂缝产生的基本规律
一般来说，大体积混凝土开裂遵循以下几种规律∶
（1）温差和收缩越大，温度变化和收缩速度越快，越容易开裂，裂缝越宽，越密。（2）基底对结构的约束作用越大，越容易开裂。（3）温度梯度越大，承受均匀温差收缩的厚度越小，越容易开裂。（4）一般条件下，几何尺寸越大，越容易开裂。裂缝经常垂直于较长方向，但不成绝对关系。
4 大体积混凝土结构裂缝的控制
4.1结构设计方面
（1）避免设计上“强度越高越好”的错误概念。因为，设计强度越高，水泥用量越大，必然造成混凝土水化热过高。一般来说，大体积混凝土的强度等级宜在C20～C35范围内选用。而且考虑到建设周期长特点，在保证强度足够的条件下，可以利用混凝土60d或90d的后期强度。
（2）大块式基础及其他筏式、箱式基础不应设置永久变形缝及竖向施工缝。可采用“后浇缝”或“跳仓打”来控制施工期间的较大温差及收缩应力。另外，目前国际上大多数国家采用设置温度伸缩缝的方法。
（3）选用合理的平面和立面设计，避免截面的突变，造成应力集中，当不能避免突变时，做适当的局部处理。
（4）合理布置分布钢筋，除应满足承载力和构造要求外，还应增配承受温度应力及控制裂缝开展的钢筋，尽量采用小直径、密间距；变截面处加强分布筋。
（5）设滑动层和压缩层来减少基础的约束力与地基的侧面阻力。
（6）以预防为主。在设计阶段就应该考虑到可能漏水的内排水措施及施工后经济、可靠的堵漏方法。
（7）大体积混凝土工程施工前，应对施工阶段大体积混凝土浇筑体的温度、温度应力、及收缩应力进行验算，确定温控指标，制定温度施工的技术措施，以防止或控制有害温度裂缝的发生。
4.2施工方案方面
（1）科学选用混凝土的配合比，用较低的水灰比、水和水泥用量。
（2）控制大体积混凝土结构裂缝的开展，必须减少基础温差和内外温差，降低混凝土的总温升，使混凝土中心与外表面的最大温差不高于（25～30）℃，总降温差不高于30℃。因此要控制好混凝土的出机温度和浇灌温度，同时，预埋冷却水管，通过压力循环冷却水将部分水化热排出，从而降低混凝土内部温度减少大体积混凝土内外温差。另外，布置测温点，加强水化热的测定工作，严格控制好混凝土的降温速度，防止混凝土温度骤变。
（3）在混凝土施工过程中，加强混凝土的搅拌，确保混凝土质量均匀；保证连续卸料，不间断泵送，可以相应减小塌落度。同时，合理调整浇注方向，最大限度排除混凝土泌水，有利于提高混凝土质量和抗裂。
（4）做好大体积混凝土的养护工作，其目的就是保持混凝土适宜的温度和湿度条件。一是要防止混凝土表面的热扩散，减少混凝土表面的温度梯度，降低混凝土块体的自约束应力，避免产生表面裂缝；二是要延长散热时间，降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，以提高混凝土块体承受外约束力的能力，使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，防止产生贯穿性裂缝。
（5）混凝土浇筑前，木模板应浇水湿润，但不得有积水，模板的缝隙和空间应堵严，防止振捣时漏浆。正确规定拆模时间，防止拆模过早，混凝土表面温度较低，形成很陡的温度梯度，产生很大拉应力，形成裂缝。
（6）大体积混凝土工程的模板宜采用钢模板或钢木混合模板。钢模板对保温不利，最好根据温控要求采取保温措施；木模板可作为保温材料使用。
（7）混凝土浇筑过程中，不得漏振、欠振或过振。为使混凝土振捣密实，应分层浇筑、分层振捣，并在下层混凝土凝结之前，将上层混凝土浇筑振捣完毕。另外，采用两次振捣技术，能改善混凝土强度，提高抗裂性，也是裂缝控制的重要措施。
5结语
大体积混凝土结构虽然工程量大、技术复杂，但经过上述综合措施的控制，势必在很大程度上能够避免大体积混凝土结构裂缝的产生，或者使裂缝尽最大可能将其有害程度控制在允许范围之内，保证混凝土的施工质量。随着国民经济发展，还将进行大量的基础建设，在今后的工程中将有更多的大体积混凝土结构产生，也势必会带来更多的新问题，广大工程研究、设计、施工人员在设计和施工中应多研究新方法，总结经验，在实践中摸索，相信大体积混凝土结构裂缝问题可以得到有效的控制。
