大体积混凝土裂缝产生的成因分析

摘要：大体积混凝土开裂后的性能与原状混凝土性能相比，差异很大，特别是对耐久性的影响；混凝土渗透又加速和促使混凝土的进一步恶化，严重影响了建筑结构的安全性和耐久性。裂缝的产生大多在早期，因此，探讨裂缝产生的成因显得十分重要。

关键词：大体积；混凝土；裂缝；成因

随着我国国民经济的快速增长，高层建筑物工程快速发展。大块混凝土因其抗压强度高，取材广泛，且耐火性好，不易风化，养护费用低，成为当今建筑结构中使用最广泛的建筑材料之一。大体积混凝土结构在施工及使用过程中会受到各种因素的影响，出现由各种原因引起的裂缝，在一定程度上制约了混凝土结构的应用。因此，对大体积混凝土裂缝的研究，成了当今建筑工程界研究和讨论的热点。大体积混凝土裂缝产生的主要原因，主要从如下3个方面展开，即水泥水化热、收缩裂缝、外界气温变化引起的裂缝。

一、水泥水化热

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越大，以至产生较大的拉应力。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。

二、收缩裂缝

混凝土中约20G的水分是水泥硬化所需的，而约80G的水分需蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺等。

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～+50×10-6范围内。如果以混凝土温度线膨胀系数为 10×10-6/℃，当混凝土的自身体积变形从-50×10-6变至+50×10-6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不断认识到，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，其最大的原因，可能是内部孔隙水蒸发变化时引起的毛细管引力。收缩在很大程度上是有可逆现象的。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替将引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。

实践证明，由混凝土收缩变形引起的温度应力是不可忽视的。此外，影响混凝土收缩的因素很多，主要是水泥品种和混合材、混凝土的配合成分，化学外加剂以及施工工艺，特别是养护条件等。

混凝土在结硬时会体积缩小产生收缩变形。混凝土的收缩变形随着时间而增长，初期收缩变形发展较快，两周可完成全部收缩量的25%，一个月约可完成50%，三个月后增长缓慢，一般两年后趋于稳定。

如果构件能自由伸缩，则混凝土的收缩只是引起构件的缩短而不会导致收缩裂缝。但实际上结构构件都程度不同地受到边界约束作用，例如板受到四边粱的约束，梁受到支座的约束。对于这些受到约束而不能自由伸缩的构件，混凝土的收缩也就可能导致裂缝的产生。

在配筋率很高的构件中，即使边界没有约束，混凝土的收缩也会受到钢筋的制约而产生拉应力，也有可能引起构件产生局部裂缝。此外，新老混凝土的界面上很容易产生收缩裂缝。

三、外界气温变化引起的裂缝

大体积混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的，因为外界气温愈高。混凝土的浇筑温度也愈高；而外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土是极为不利的。

混凝土内部的温度是水化热的绝热温度，浇注温度和结构物的散热降温等各种温度叠加，而温度应力则是由温差引起的温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般在 60～65℃，且有较大的连续时间。在这种情况下，研究合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力，就显得更为重要。

四、结语

论文主要分析了大体积混凝土裂缝产生的成因，主要包括三个方面：水泥水化热、收缩裂缝、外界气温变化引起的裂缝，希望对建筑同行在设计、施工过程中具有参考价值。