淺析大體積混凝土裂縫原因及控制措施

王 慶

1 概述

大體積混凝土的裂縫控制問(wèn)題是一項(xiàng)國(guó)際性的技術(shù)難題。大體積混凝土常常由于內(nèi)外溫差過(guò)大產(chǎn)生溫度應(yīng)力，導(dǎo)致其表面開(kāi)裂。分析大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，對(duì)控制其裂縫的出現(xiàn)，提高工程的可靠性和耐久性具有重要意義。

2 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析

混凝土裂縫按產(chǎn)生的原因可分為兩類(lèi):1)結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計(jì)算中的主要應(yīng)力以及其他結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。2)材料型裂縫，由非受力變形變化引起的，例如溫度、濕度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素所引起，這種裂縫的形成是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，與環(huán)境的變化，約束的狀態(tài)息息相關(guān)。

2.1 硬化前裂縫

下沉收縮縫，在混凝土澆筑后的1 h～2 h內(nèi)，混凝土在未凝固期間沿鋼筋的走向在表面產(chǎn)生裂縫，這是由于混凝土澆筑后收縮下沉引起，在鋼筋的上方與其周?chē)氖湛s差而發(fā)生的裂縫。這時(shí)混凝土尚未凝固，在其表面又發(fā)現(xiàn)細(xì)微張裂，這往往是水分從混凝土表面蒸發(fā)而產(chǎn)生。其影響的因素很多，拌和物的用水量、水泥的用量、振搗情況、大氣溫度及其他一些因素，在夏季高溫天氣下尤為明顯，這時(shí)候就要加強(qiáng)澆水養(yǎng)護(hù)，保持濕潤(rùn)。

2.2 混凝土的溫度應(yīng)力引起裂縫產(chǎn)生

混凝土硬化初期，水泥水化放出較多的熱量，混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，散熱較慢，使混凝土內(nèi)部溫度較外部高，有時(shí)可達(dá)50℃ ～70℃，這將使內(nèi)部混凝土的體積產(chǎn)生較大的膨脹，而外部混凝土卻隨氣溫降低而收縮。混凝土內(nèi)部的最高溫度大約發(fā)生在澆筑后的3 d～5 d，因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度高，形成溫度梯級(jí)，造成溫度變形和溫度應(yīng)力，內(nèi)部膨脹和外部收縮互相制約，在外表混凝土中將產(chǎn)生很大拉應(yīng)力導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。這種裂縫的特點(diǎn)是裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3 d～5 d，初期出現(xiàn)的裂縫很細(xì)，隨著時(shí)間的發(fā)展而繼續(xù)擴(kuò)大，甚至達(dá)到貫穿的情況。如何降低施工時(shí)期的溫度應(yīng)力，降低混凝土由于水化熱開(kāi)裂，以及體積變化引起的開(kāi)裂，是大體積混凝土施工技術(shù)的關(guān)鍵。

2.3 收縮裂縫

混凝土的收縮分為自身收縮，即水泥水化作用引起的體積收縮與外界濕度無(wú)關(guān);塑性收縮，即在初凝過(guò)程中發(fā)生化學(xué)的收縮;碳化收縮，即二氧化碳與水泥水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的收縮、干縮;濕度收縮，即混凝土中多余水分蒸發(fā)，隨著溫度降低體積減少而發(fā)生的收縮，其收縮量占整個(gè)收縮量的絕大部分。收縮使混凝土的體積變小，在其內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，也會(huì)引起混凝土裂縫。

2.4 不均勻沉降

如果結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)不牢固，發(fā)生了不均勻沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，也會(huì)在其內(nèi)部引起拉應(yīng)力而造成混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。這種情況在日常工作中也會(huì)時(shí)有發(fā)生。

2.5 化學(xué)反應(yīng)引起混凝土開(kāi)裂

例如堿骨料反應(yīng)將引起混凝土體積膨脹而產(chǎn)生裂縫。氯離子的浸蝕引起鋼筋銹蝕也會(huì)造成混凝土開(kāi)裂。

3 大體積混凝土裂縫的控制措施

3.1 嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量

必須控制好原材料的質(zhì)量，特別是砂石的質(zhì)量對(duì)混凝土的抗拉強(qiáng)度及收縮變形影響很大。為提高混凝土的抗拉強(qiáng)度而采用級(jí)配良好的骨料，并限制砂石中的含泥量。

水泥不同，混凝土干燥收縮也不同，按收縮值排序?yàn)?礦渣水泥＞普通硅酸鹽水泥＞粉煤灰水泥，所以應(yīng)盡可能選用水化熱低、強(qiáng)度等級(jí)高的水泥如42.5的礦渣水泥等。在保證混凝土設(shè)計(jì)要求的前提下，盡可能降低單位水泥用量。

在混凝土中可考慮摻入一定數(shù)量的粉煤灰，這是由于粉煤灰具有一定活性，不但可代替部分水泥，而且因其含有大量微小的球狀顆粒，能改善混凝土的后期強(qiáng)度。

因混凝土的裂縫主要是由溫度變形和自身收縮引起的，因此在混凝土配比設(shè)計(jì)時(shí)就要在保證混凝土設(shè)計(jì)要求前提下，盡可能地降低單位水泥用量，減少混凝土的溫升值，從而降低以后混凝土的降溫幅度，摻入適量緩凝劑，以延緩混凝土溫峰產(chǎn)生的時(shí)間和降低溫峰值。

3.2 溫度控制措施

大體積混凝土的溫度控制措施，貫穿于混凝土澆搗前、澆搗中及澆搗后三個(gè)不同的階段，每個(gè)階段都有其不同的側(cè)重點(diǎn)，可以從原材料的選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工方案設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)措施以及工程狀況等多方面綜合考慮。常用的有以下幾種方法:

1)合理設(shè)計(jì)混凝土配合比，降低水泥用量，優(yōu)先選用低熱水泥，摻加礦渣、粉煤灰等水泥替代物，減少總的水化熱;2)采用緩凝劑延遲水化進(jìn)程，降低溫度高峰值;3)通過(guò)骨料預(yù)冷，冰代替部分拌和水、運(yùn)輸防曬等措施降低混凝土入模溫度;4)混凝土澆筑后，通過(guò)有效的保溫養(yǎng)護(hù)來(lái)提高表層溫度、減小內(nèi)表溫差并控制降溫速率，典型如表面蓄熱養(yǎng)護(hù)法;5)對(duì)于厚度大于3 m的大體積混凝土，通過(guò)預(yù)埋冷卻水管，采用循環(huán)冷卻水養(yǎng)護(hù)法。

3.3 保濕保溫養(yǎng)護(hù)措施

對(duì)大體積混凝土加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)，是減少溫度裂縫的最有效措施。做好養(yǎng)護(hù)工作，采用蓄水方式進(jìn)行，并在混凝土表面覆蓋一層塑料布，一層麻袋片，同時(shí)根據(jù)溫差情況及時(shí)對(duì)混凝土表面覆蓋厚度進(jìn)行增減。混凝土內(nèi)外溫差及混凝土表面與大氣溫差均不得超過(guò)25℃。當(dāng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)外溫差ΔT=25℃時(shí)應(yīng)即刻增加覆蓋，當(dāng)ΔT降至20℃以下時(shí)，可拆除部分覆蓋，以加速降溫，如此反復(fù)，應(yīng)注意速率不大于2℃/d。

3.4 合理組織施工措施

在施工過(guò)程中精心安排混凝土施工時(shí)間，在高溫季節(jié)施工時(shí)，混凝土澆筑時(shí)間盡量安排在16時(shí)至次日上午10時(shí)前進(jìn)行，以減少混凝土溫度回升。新舊混凝土澆筑間隔時(shí)間為5 d～7 d，相鄰澆筑壩塊高差控制在8 m以?xún)?nèi)。在加強(qiáng)混凝土質(zhì)量控制的同時(shí)，應(yīng)積極推廣新技術(shù)、新材料與新工藝的應(yīng)用，以減少混凝土的開(kāi)裂。

4 結(jié)語(yǔ)

1)澆筑大體積混凝土，科學(xué)合理的選擇原材料是保證降低混凝土水化熱的根本，而混凝土配合比設(shè)計(jì)水平的高低是保證混凝土水化熱降低的保障。2)做好澆筑前的混凝土最高溫度預(yù)測(cè)和對(duì)覆蓋材料厚度的計(jì)算對(duì)混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)工作十分重要，不可低估。3)做好大體積混凝土的測(cè)溫工作十分必要，測(cè)溫結(jié)果對(duì)以后的大體積混凝土施工提供了重要的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)，為設(shè)計(jì)提供了理論根據(jù)。4)總之，大體積混凝土施工中，只要能?chē)?yán)格管理施工程序，認(rèn)真做好每一個(gè)環(huán)節(jié)，采用一定的技術(shù)手段，控制好混凝土的溫度差，確保混凝土質(zhì)量是沒(méi)有問(wèn)題的。

[1]張亞興.淺談大體積混凝土裂縫控制[J］.山西建筑，2010，36(12):147-148.