淺談大體積混凝土裂縫的預(yù)防措施

許厚鏹

（大慶市龍?zhí)锝ㄔO(shè)開發(fā)有限公司，黑龍江 大慶163000）

1.前言：大體積混凝土由于水泥凝結(jié)硬化過(guò)程中釋放出大量的水化熱，形成較大的內(nèi)外溫差，當(dāng)溫差較大超過(guò)25℃時(shí)，混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力有可能超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度從而產(chǎn)生溫度裂縫，同時(shí)混凝土降溫階段如果降溫過(guò)快，由于厚板收縮，又受到強(qiáng)大的摩阻力，可能導(dǎo)致收縮貫穿裂縫。此外，混凝土本身的收縮也可能造成裂縫的產(chǎn)生。因此大體積混凝土存在的主要問(wèn)題是裂縫的控制。

大體積混凝土結(jié)構(gòu)厚、體形大、鋼筋密、一次澆注量大、施工時(shí)間長(zhǎng)、施工工藝要求高、受環(huán)境影響大，澆注完畢后，由于體積過(guò)大，造成混凝土水化熱大，溫度場(chǎng)梯度大，混凝土“內(nèi)熱外冷”極易產(chǎn)生裂縫。工程實(shí)踐證明，大體積混凝土施工難度比較大，混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)率較多。

2.大體積混凝土裂縫的主要類型

2.1 干縮裂縫

混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。是混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過(guò)快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

2.2 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)，且長(zhǎng)短不一，互不連貫狀態(tài)。常發(fā)生在混凝土板或比表面積較大的墻面上，較短的裂縫一般長(zhǎng)20～30cm，較長(zhǎng)的裂縫可達(dá)2～3m，寬1～5mm.從外觀分為無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)狀和稍有規(guī)則的斜紋狀或反映出混凝土布筋情況和混凝土構(gòu)件截面變化等規(guī)則的形狀，深度一般3～10cm，通常延伸不到混凝土板的邊緣。

2.3 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致。或者因?yàn)槟０鍎偠炔蛔悖０逯伍g距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)沉陷裂縫。特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

2.4 溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。混凝土澆注后，在硬化過(guò)程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升。而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差。較大的溫差造成混凝土內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。

3.預(yù)防大體積混凝土開裂的措施

3.1 設(shè)計(jì)措施

（1）精心設(shè)計(jì)混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌、中彈、低熱和高抗拉值”的抗裂混凝土。

（2）增配構(gòu)造筋，提高抗裂性能。這里應(yīng)采用小直徑、小間距的配筋方式，全截面的配筋率應(yīng)為0.3%～0.5%.

（3）避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中。在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施。

（4）在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限抗拉強(qiáng)度。

（5）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮施工時(shí)的氣候特征，合理設(shè)置后澆縫；在正常施工條件下，后澆縫間距應(yīng)為20～30m，保留時(shí)間一般不少于60d.如不能預(yù)測(cè)施工時(shí)的具體條件，也可臨時(shí)根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。

3.2 原材料控制措施

（1）盡量選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、粉煤灰水泥），或利用混凝土的后期強(qiáng)度（90～180d），以降低水泥用量，減少水化熱（因?yàn)槊考訙p10kg水泥，溫度會(huì)相應(yīng)增減1℃，水化熱與水泥用量成正比）在條件許可的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。因?yàn)檫@種水泥在水化膨脹期（1～5d）可產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，而在水化后期預(yù)壓應(yīng)力可部分抵消溫度徐變應(yīng)力，減少混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力，提高混凝土的抗裂能力。

（2）適當(dāng)摻加粉煤灰。混凝土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，抑制堿骨料反應(yīng)，減少新拌混凝土的泌水等。

（3）選擇級(jí)配良好的骨料。骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對(duì)體積的80%～83%，因此在選擇骨料時(shí)，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無(wú)弱包裹層、級(jí)配良好的骨料。一般來(lái)說(shuō)，可以選用粒徑4～40mm的粗骨料，盡量采用中砂；嚴(yán)格控制砂、石子的含泥量（石子在1%以內(nèi)，砂在2%以內(nèi)），控制水灰比在0.6以下；還可以在混凝土中摻緩凝劑，減緩澆筑速度，以利于散熱。另外還可以考慮在大體積混凝土中摻加堅(jiān)實(shí)無(wú)裂縫、沖洗干凈、規(guī)格為150～300mm的大塊石。摻加大塊石不僅減少了混凝土總用量，降低了水化熱，而且石塊本身也吸收了熱量，使水化熱能進(jìn)一步降低，對(duì)控制裂縫有一定好處。

（4）適當(dāng)選用高效減水劑和引氣劑，這對(duì)減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力學(xué)、熱學(xué)、變形、耐久性等性能起著極為重要的作用。

3.3 施工方法控制措施

大體積混凝土施工時(shí)內(nèi)部應(yīng)適當(dāng)預(yù)留一些孔道，在內(nèi)部通循環(huán)冷水或冷氣冷卻，降溫速度不應(yīng)超過(guò)0.5℃～1.0℃/h.對(duì)大型設(shè)備基礎(chǔ)可采用分塊分層澆筑（每層間隔時(shí)間5～7d），分塊厚度為1.0～1.5m，以利于水化熱散發(fā)和減少約束作用。當(dāng)混凝土澆筑在巖石地基或厚大的混凝土墊層上時(shí)，在巖石地基或混凝土墊層上鋪設(shè)防滑隔離層（澆二度瀝青膠、撒鋪5mm厚砂子或鋪二氈三油），將底板高低起伏和截面突變處做成漸變化形式，以消除或減少約束作用。此外，還應(yīng)加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗，提高密實(shí)度。盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上。盡量采用兩次振搗技術(shù)，以改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。還可根據(jù)具體工程特點(diǎn)，采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。

3.4 溫度控制措施

混凝土溫度和溫度變化對(duì)混凝土裂縫是極其敏感的。當(dāng)混凝土從零應(yīng)力溫度降低到混凝土開裂溫度時(shí)，混凝土拉應(yīng)力超過(guò)了此時(shí)的混凝土極限拉應(yīng)力。因此，應(yīng)通過(guò)降低混凝土內(nèi)水化熱溫度和混凝土初始溫度，減少和避免裂縫風(fēng)險(xiǎn)。

人工控制混凝土溫度的措施對(duì)早期因熱原因引起的裂縫作用不明顯。比如表面保溫材料保護(hù)可以減少內(nèi)外溫差，但不可避免地招致混凝土體內(nèi)溫度很高，從受約束而導(dǎo)致貫穿裂縫的角度看，是一個(gè)潛在惡化裂縫的條件，因?yàn)轶w內(nèi)熱量遲早是要散發(fā)掉的。另外，人工控制混凝土溫度還需注意防止過(guò)速冷卻和超冷，過(guò)速冷卻不僅會(huì)使混凝土溫度梯度過(guò)大，而且早期的過(guò)速超冷會(huì)影響水泥-膠體體系的水化程度和早期強(qiáng)度，更易產(chǎn)生早期熱裂縫。超冷會(huì)使混凝土溫差過(guò)大，引起溫差裂縫。因此，澆筑時(shí)間應(yīng)盡量安排在夜間，以最大限度降低混凝土的初凝溫度。白天施工時(shí)，要求在砂、石堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽(yáng)裝置，或用濕麻袋覆蓋，必要時(shí)向骨料噴冷水。混凝土泵送時(shí)，可在水平及垂直泵管上加蓋草袋并噴冷水。

總結(jié)：大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的。各類裂縫產(chǎn)生的主要影響因素有幾種：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，由外荷載引起的。二是材料型裂縫，主要由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。目前控制和解決的重點(diǎn)是溫度應(yīng)力引起的混凝土裂縫。

[1]謝建軍.混凝土裂縫與溫度實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)科技信息，2006，（11）.

[2]王升濤，張洪海.淺談大體積混凝土裂縫的防治[J].科技資訊，2006，（09）.