大体积混凝土裂缝的成因与控制

　　随着我国高层建筑物大量涌现，面临的问题也随之增加，特别是大体积混凝土的开裂问题尤为显著，它不仅造成裂缝而出现渗水现象，更主要的是它对结构的应力状态具有很大的影响，甚至会导致严重的质量问题，造成重大的工程事故，产生不必要的损失和危害。研究探索大体积混凝土裂缝的成因与控制，已成为设计施工中的一个重要课题。

　　结合工程结构设计和施工现场服务的实践，经分析研究，大体混凝土裂缝产生的主要原因如下：

一、建筑结构设计中钢筋的配筋率与混凝土的体型失衡

　　在建筑结构的设计中钢筋的布置方式与钢筋的直径大小和结构的几何尺寸有直接关系，一旦钢筋设计不平衡，布置不均匀，直径不合适，就会直接造成混凝土的开裂。其次，由于混凝土和钢筋的线性膨胀系数差异较大，混凝土与钢筋的收缩有了差异，引起干缩变形，如果混凝土的内部配筋不足或配筋不当，将直接导致混凝土的开裂。还有，钢筋的弹性模量与混凝土的弹性模量不一致，一般情况下前者是后者的7~15倍，当混凝土收缩时，钢筋不能同步收缩，从而导致大体积混凝土的开裂。另外，由于混凝土的体型与体积大小不同，所受到的拉应力也不同，钢筋产生的约束应力也不相同，从而使混凝土内部的拉应力有了很大区别，最终也将导致混凝土结构的开裂。

二、大体积混凝土施工温度失控

　　建筑用大体积混凝土一般属于高标号混凝土，水泥用量大，水泥熟化时放出的热量高；加之体积庞大，浇筑时一般较快，不易散热；如遇夏季高温天气下施工时大量热量倒灌。混凝土内部的水泥水化热的绝热温度，混凝土的浇筑温度（出机温度十入仓前热量倒灌温度）和结构物的散热温降等多种温度叠加在一起，导致混凝土的中心温度往往高于50℃，有时可能高达70~80℃左右。随着温度的变化，混凝土内部的温度应力也发生变化。自混凝土浇筑开始至水化热能量全部释放完毕时，因为水泥水化放出大量的水化热，引起温度场的变化，而产生早期应力。当混凝土内部温度达到峰值后开始下降，引起温度场的再次变化，产生中期应力并与早期应力叠加，此时混凝土极易产生裂缝。

三、大体积混凝土工程的施工管理失范

　　大体积混凝土工程最大的特点是体积庞大，强度等级要求较高，施工周期长，施工管理复杂，工序前后相互关联性强，直接影响着混凝土的质量。

　　针对以上大体积混凝土产生裂缝的原因，应采取的主要应对控制措施是：

　　一、构造钢筋的配筋率要与大体积混凝土的体型平衡

　　在大体积混凝土配筋率设计中 ，不仅要考虑结构的外荷载，还应考虑混凝土的收缩应力和混凝土与钢筋的线性膨胀系数的差异，使配筋率与大体积混凝土体型平衡。一是在大体积混凝土结构设计中，要采用平衡配筋方式，对于总拉应力大、结构薄弱、刚度变化大等由于混凝土熟化原因可能造成开裂的部位适当增加配筋率，以增大抗拉强度；对于高温区的钢筋与混凝土的膨胀系数差异较大时，采用降低配筋率的方式，来减少混凝土的差异应力。二是在大体积混凝土结构设计中尽可能使大体积混凝土内部钢筋布置均匀，避免由于出现约束不同，导致混凝土开裂；要尽可能使结构体型均衡，以防止刚度差异造成应力集中现象发生。如无法避免时，应将刚度差异过渡区设置在约束应力比较大的构件底部，并在过渡部分的顶部设置抗裂的构造钢筋，以增加混凝土的抗拉能力。三是要提高钢筋与混凝土之间的粘结强度，在大体积混凝土的自由边附加产生围压力的钢筋，使大体积混凝土结构的围压力增大，在三向应力作用下，增强钢筋与混凝土之间的粘结；在混凝土中宜用螺纹钢筋而不宜用光圆钢筋，以增大粘结作用，宜用较细直径钢筋而不宜用较粗直径钢筋以加大粘结面积，在同等配筋面积下钢筋较细、根数较多的裂控效果明显要好于钢筋径粗根少的配筋效果。四是要在设计中准确把握好裂控配筋的三个基本点：钢筋应力、混凝土与钢筋的粘结应力和混凝土的抗拉强度。钢筋应力直接制约裂缝宽度，控制好钢筋应力的大小，能有效控制裂缝宽度；粘结应力制约裂缝两侧的传力长度，进而制约裂缝平均间距和裂缝平均宽度；混凝土的抗拉强度高可推迟混凝土裂缝的出现。

　　二、严密控制混凝土施工的温度

　　在施工中要采取切实可行的降温、保温措施，有效控制混凝土温度。首先在施工时间上尽可能回避高温和高寒季节。如不能回避高温高寒季节，则应在高温季节的低温时间施工，防止夏季施工热量倒灌，或者选择高寒季节高温时间施工，防止冬季施工冷量倒灌。其次要控制好混凝土的出机温度，在料场设置保温棚，采用井水，防止砂、石、水泥及水的温度升高，要特别有效防止石子温度升高，根据资料统计，石子温度每降低1℃，混凝土拌和温度可降低0.6℃，而降低沙子和水温度1℃时，混凝土拌和温度分别约可降0.2℃及0.13℃，而水泥降温对混凝土拌和的温度降低不明显。三是采取降温措施。

　　三、严格规范大体积混凝土施工管理

　　严格规范施工管理是防止大体积混凝土裂缝的重要保证。一要严格按照岗位职责的要求认真组织施工，从原材料抓起，按照混凝土的选料规定和配合比拌和混凝土，特别是水灰比例应控制在0.36以下，以防止因产生过大泌水现象而出现混凝土表面龟裂，充分搅拌均匀防止影响内部凝固，在满足设计强度的要求下严格控制水泥用量及水泥中的碱含量量指标。二要减少混凝土的运输时间，减少混凝土的输送距离，减少混凝土的转运次数，减少使用吊斗、推车等机械工具，最好采用混凝土输送泵，最大限度降低太阳辐射时间。三要控制浇筑时间，加快施工进度，减少混凝土在浇筑层面上暴露时间；采用分层浇筑，层厚最好取700~800㎜或者以构造钢筋的层数为浇筑的分层数，并尽可能把混凝土的流淌距离控制在13m以内，防止浇筑面积过大不利于覆盖，应确保浇筑施工的连续性，防止"等米下锅"现象，更要防止因停电、机械故障等原因而造成的浇筑中断现象。四要在混凝土施工后立即于模板外圈覆以草袋、麻袋、棉毡等保温材料，并洒水养护，养护的水温与混凝土表面之间的温差应控制在22℃以内，对于大面积的承台表面在其四周砌三皮砖，承台表面蓄水100㎜，并在其表面漂浮15~25㎜厚的笨板，养护的时间不允许少于14天。

　　(作者单位：西安市建筑设计研究院)