大體積混凝土裂縫成因分析及控制

趙 文 娟

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

大體積混凝土裂縫成因分析及控制

趙 文 娟

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

介紹了大體積混凝土的概念，依據大體積混凝土的類型，分析了大體積混凝土裂縫的成因，論述了在原材料控制、設計構造及施工方面進行裂縫控制的綜合措施，以供借鑒。

混凝土，裂縫，溫縮，控制

0 引言

近年來，我國經濟高速發展，基礎設施建設大規模開展，很多大型水壩、特大型橋梁工程等日益增多，大體積混凝土應用越來越廣。在應用大體積混凝土的工程中，經常會出現很多裂縫，這對建筑物結構的整體性、安全性及耐久性會產生很大的影響。因此，減少大體積混凝土裂縫是大型工程建設中至關重要的一環。

1 大體積混凝土概述

在我國GB 50496-2009大體積混凝土施工規范中，將大體積混凝土定義為：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1 m的大體積混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土。

在美國，將大體積混凝土定義為：在任何就地澆筑的大體積混凝土結構中，其尺寸大小及采取措施有效解決由于水化熱問題導致的體積變形，以最大限度來減少開裂現象。

在日本，將大體積混凝土定義為：混凝土結構斷面的最小尺寸必須在80 cm以上，且由于水化熱問題引起的混凝土內部最高溫度與外界溫差預計會超過25 ℃。

研究表明，大體積混凝土裂縫的產生主要是由于結構變形化導致的，包括溫度、收縮、不均勻沉降等多種影響因素。在混凝土結構中，當體積變形受到約束產生的應力超過其當時的抗拉強度時(見圖1)，就引起裂縫。

在大體積混凝土裂縫中，按照深度的不同，可分為貫穿裂縫、深層裂縫和表面裂縫三種(見圖2)。在混凝土結構中，表面裂縫在受到載荷等因素影響下，發展成為深層裂縫，再形成貫穿裂縫。在這三種裂縫中，貫穿裂縫的危害性最嚴重，它切斷了結構斷面，破壞結構的整體性和穩定性的可能性極大。部分深層裂縫切斷了混凝土結構的斷面，危害性次之。表面裂縫是混凝土結構中最常見的，一般危害性較小。

在混凝土結構中，出現裂縫并不是絕對的會影響結構安全。混凝土結構在建設和使用過程中，出現了不同程度的裂縫，這是一個普遍現象。在大面積混凝土結構中，無害裂縫只要稍加處理，結構仍可正常使用。有害裂縫，特別是貫穿全斷面的結構性裂縫，會給結構帶來質量隱患，一定要加以控制，否則，將影響工程建設的質量和使用壽命。

在現代建筑施工中，大體積混凝土經常涉足。在基礎工程中，如混凝土底板、深梁、厚大的樁基承臺等；還有在上部結構中，如巨型柱、高層建筑的轉換梁或板、防輻射結構等。

2 大體積混凝土裂縫成因

大面積混凝土裂縫控制，一直是一道困擾世界的工程建設難題。在大體積混凝土澆筑初期以表面裂縫為主，主要是混凝土內部溫度與表面溫度差過大導致的。在澆筑后期以深層裂縫為主，主要是由于降溫、干縮變形等受到約束導致的。引起大體積混凝土裂縫的因素是多樣的，主要包括以下幾方面。

2.1 水泥水化熱導致溫度差的影響

水泥水化熱形成的溫度差，多發生在混凝土升溫階段，主要是混凝土澆筑初期。混凝土澆筑后,水泥水化熱反應會在混凝土內部產生大量的熱，無法及時散發出去，以至于越積越高，使得混凝土內部溫度迅速升高。在混凝土結構外露表面，其熱量容易散發。這樣，就在混凝土內外部形成溫度差(見圖3)。同時，施工時遇到外界氣溫下降較大時,也會使得內外溫差增大。在混凝土結構中，溫度差形成溫度應力，溫差越大，應力越大。當溫度應力超過混凝土當時的抗拉強度時，會產生表面裂縫。

2.2 約束條件的影響

由于約束條件導致的貫穿裂縫多發生在混凝土降溫階段。在混凝土澆筑初期,水化熱現象會使得混凝土內部溫度升高，產生的變形由于受到模板等約束的影響,就會產生約束應力。混凝土澆筑完成后,溫度繼續上升，使得混凝土產生膨脹變形，受到的約束會使混凝土內部產生壓應力。當混凝土澆筑一段時間后，內部溫度下降,在混凝土內部又會產生拉應力。當產生的各種應力超過混凝土當時的抗拉強度時，便會產生裂縫。

2.3 混凝土收縮變形的影響

研究表明，混凝土結構中80%左右的水分是要蒸發的。當混凝土中的水分蒸發時，混凝土體積就會收縮。同時，混凝土結構中的水泥量，混合料配合比，摻加的外加劑，采用的施工工藝，后期的養護等都會對混凝土的收縮產生影響。混凝土收縮產生收縮應力，當收縮應力超過混凝土當時的抗拉強度時，就會形成收縮裂縫。

2.4 其他因素

混凝土混合料中，水泥不合格或骨料的含泥量過多時，也會在混凝土表面產生龜裂。施工中，混凝土坍落度和摻加的外加劑不同及混凝土密實度的不同,也可能使得混凝土內部形成局部應力集中,產生裂縫。

可以看出，大體積混凝土結構裂縫的產生，受到施工溫度，原材料質量，配合比設計，約束程度、養護條件等多種因素的影響。

3 大體積混凝土裂縫控制的綜合措施

在大體積混凝土裂縫控制中，除進行計算做到事先控制外，在施工過程中采取有效的施工措施也極為重要。

3.1 設計構造方面的措施

主要包括設置緩沖層、滑動層，增設暗梁，合理配筋，合理設置施工縫，合理制定溫控指標，減少約束應力，避免應力集中等措施。本文主要介紹設置緩沖層、增設暗梁及避免應力集中。

1)設置緩沖層。在混凝土施工中，可采用一定厚度的聚苯乙烯泡沫或瀝青木絲板在鍵槽等位置作垂直隔離(見圖4)，以減緩混凝土收縮時的側向壓力。

2)增設暗梁。在混凝土施工時，可在施工縫等薄弱部位增配鋼筋(見圖5)，能夠有效防止因約束應力產生的裂縫及邊墻上部因邊緣效應產生的裂縫。

3)避免應力集中。在混凝土結構中，可在孔洞或截面突變處增配鋼筋或設置過渡段的措施(見圖6)，能夠有效緩解由于溫度和收縮產生的應力集中導致的開裂問題。

3.2 原材料方面的技術措施

主要是通過減少用水量和水泥用量來減少水化熱，主要措施包括：

1)合理選擇水泥。為減少水化熱產生的熱量，盡量采用中、低熱水泥為宜。

2)合理選用骨料。在施工中，為減少水泥用量，降低水化熱，應盡量選用粒徑較大、級配良好的石子。在無筋或少筋的混凝土結構中，可摻加不超過混凝土體積25%的大塊石。細骨料選擇以中、粗砂為宜，且嚴格控制其中的含泥量。

3)合理選用外摻料。在混凝土配合比設計中，摻入適量的粉煤灰代替部分水泥，能有效減少水化熱。但要注意到在混凝土中摻加粉煤灰會導致其早期強度降低。

3.3 施工方面采取的措施

主要是通過降低混凝土的總溫升來減少內外溫差，采取的措施主要包括：

1)控制混合料出機溫度和澆筑溫度。

這是進行裂縫控制的一個重要措施。在施工中，石子及水的溫度對混合料出機溫度影響最大，可采用加冰拌和來降低混合料出機溫度。在施工現場，可采用對砂石料遮陽覆蓋等措施。采用管道輸送時，可采用對草袋包裹的管道灑水降溫等措施。

2)在混凝土內部預埋冷卻水管，通以循環水控制混凝土內部最高溫升。

3)改善混凝土施工工藝和進行施工質量控制。

在施工中，推廣施工新技術，提高混凝土抗壓強度等措施。施工中的二次振搗工藝利于增加混凝土結構的密實度，最高可提高混凝土抗壓強度約20%；二次投料砂漿裹石或凈漿裹石工藝對防止水分集中，控制水膜在石子表面的形成十分有利，提高抗壓強度約10%。

4)澆筑方案的選擇。

一般情況下，為減少熱量聚集，采用分層連續澆筑方法(見圖7)。但對于工程量大，澆筑面積大，分層澆筑難以實現時，可選擇采用分段分層澆筑方法(見圖8)。

5)混凝土泌水處理。

混凝土泌水大時會導致表面開裂，可通過在側模留設孔洞等措施將水分排出。

6)混凝土的表面處理。

對于混凝土表面出現的裂紋，先用長刮尺刮平，再涂刷水泥漿或聚合物進行封補，使用鐵滾筒碾壓數遍，以防止水分侵入。

7)加強混凝土的養護。

混凝土后期養護是進行裂縫控制的重要環節。在施工過程中，覆蓋養護是最常用的保溫保濕養護方法，一般采用薄膜覆蓋，或者草袋、麥桿、爛草席、麻袋片、編織布等澆水養護等，一般不少于15 d。

8)溫度監測。

在大體積混凝土施工以及養護時，對混凝土結構的內部溫度、表面溫度進行監測，根據監測結果及時調整養護策略，確保溫控指標。一般是在混凝土內部測溫點上埋設測溫片或采用埋設鋼管的簡易測溫方法。

4 結語

在大體積混凝土裂縫控制上，只要做好混凝土配合比設計,嚴格施工并做好質量控制,重視混凝土養護,同步監測并控制好混凝土溫度,以避免混凝土有害裂縫的產生,從而確保混凝土結構的整體性、耐久性和安全性。

[1] 大體積混凝土裂縫控制技術[Z].http://wenku.baidu.com/view/7f2d01777fd5360cba1adb96.html，2014.

[2] 涂 洋.大體積混凝土產生裂縫的原因及防治措施[Z].http://wenku.baidu.com/view/95c055d9a58da0116c1749f6.html，2014.

[3] 祁 忠，梁樹梅.大體積混凝土裂縫的產生原因及防治措施[J].山西建筑，2012，38(7)：108-109.

On analysis of reasons for large concrete cracks and control

ZHAO Wen-juan

(ShanxiJinzhongRoadandBridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

The paper introduces the concept of the large concrete, analyzes the reasons for the cracks on the large concrete by referring to the concrete types, and indicates the comprehensive measures for the cracks control from the raw material control, the design components, and construction, so as to provide some reference.

concrete, cracks, temperature shrink, control

1009-6825(2014)22-0094-03

2014-05-23

趙文娟(1980- )，女，工程師

TU755.7

A