建筑工程基坑混凝土裂縫控制研究

張義波

（河南大有能源股份有限公司千秋煤礦基建科，河南 三門峽472000）

0 概述

混凝土結構由于其自身力學性能優越，取材方便，造價較低等優點被大范圍的應用在我國的土木工程的各個領域。但是混凝土結構也有著自身的缺點，例如抗拉強度小，自重大，易產生溫縮，養護周期較長，宜產生裂縫等缺點。特別是容易產生裂縫，研究表明幾乎所有的混凝土結構均是帶縫工作。 由于其材料的獨特特性，混凝土結構幾乎無法避免裂縫的存在。大量裂縫的出現不但對于混凝土外觀產生負面影響，對于工程結構的使用性能也有著極大的危害。 混凝土結構中裂縫的存在會導致碳化等一系列的病害危害到混凝土結構的安全性。所以如何有效的控制混凝土結構中裂縫的發展，特別是大體積混凝土結構的發展是當今建筑工程施工中所面臨的巨大科研難題。

1 混凝土裂縫種類以及產生原因

1.1 微觀裂縫

混凝土結構上寬度小于0.05mm 的裂縫被稱之為微觀裂縫。 微觀裂縫在混凝土結構中分布不均勻，布局不規則，且沒有貫通面時微觀裂縫的一大特征。 這類裂縫一般用肉眼無法察覺。 微觀裂縫不會導致混凝土結構在承載力方面的損失。 所以，微觀裂縫的存在不會影響混凝土結構的正常使用。但是，微觀裂縫在受到較大的承載力時，寬度會迅速增大。 隨著承載力的增加，裂縫寬度會不斷增加直至形成貫通裂縫，最終影響到混凝土結構的正常使用。 而且微觀裂縫中會積存大量的氫氧化鈣溶液，空氣中的二氧化碳通過微觀裂縫進入混凝土結構內部時，會與微觀裂縫中的氫氧化鈣溶液發生反應，導致混凝土結構的碳化。

由此我們可以得到以下結論：

（1）微觀裂縫的存在在現階段無法避免。

（2）微觀裂縫的存在不會影響到混凝土結構的正常使用。

（3）微觀裂縫容易發展成為宏觀裂縫，進而影響到混凝土結構的正常使用。

（4）微觀裂縫是導致混凝土碳化出現的首要因素。

1.2 宏觀裂縫

宏觀裂縫是指寬度大于0.05mm 的裂縫。 施工中肉眼可見的裂縫一般均稱為宏觀裂縫。 宏觀裂縫大多數情況下由應力與變形產生。 混凝土結構在產生大變形時會產生宏觀裂縫。宏觀裂縫根據危害程度由低向高，可以依次分為：表面裂縫、深度裂縫、貫穿裂縫。其中一旦混凝土結構出現貫穿裂縫，則表示混凝土結構出現較大病害，必須停止工作。

2 裂縫產生機理[1]～[3]

混凝土結構是由水泥，砂粒，碎石，水，混合料以及外加劑形成的。材料的多樣化會使得混凝土內部在混凝土結構強度形成過程中的不同部位產生不同的溫度與溫度變形。例如水泥在強度形成過程中會釋放出大量的熱量，碎石等骨料的溫縮系數低于水泥石溫縮系數。 由于溫度的不均勻變化與溫縮系數的不同，混凝土內部結構之間會產生相對位移，進而導致混凝土結構產生裂縫。

溫度裂縫出現的主要因素有以下幾點：

（1）水泥水化熱：水化熱是混凝土結構在強度形成過程中產生熱量的主要原因。

（2）約束條件：混凝土由于溫度變化導致應力應變的產生，而邊界約束阻礙其自由發展最終會導致裂縫產生。

（3）干縮變形：混凝土由于隨著強度的形成，內部大量水分蒸發導致了混凝土由于干縮產生裂縫。

（4）鋼筋布置：混凝土與鋼筋性質的差異會導致鋼筋與混凝土之間在混凝土強度形成過程中產生相對位移，從而產生裂縫。

3 預防大體積混凝土結構產生裂縫的具體措施

3.1 嚴格控制材料質量，加強混凝土配合比設計

在施工控制[4]中必須嚴格控制材料質量，優化配合比設計。具體的結果是降低混凝土結構拉伸變形量、 增大混凝土結構的抗拉強度、降低熱強比。 使混凝土結構體積變形呈現微膨脹的結果。

3.1.1 減少水化熱

大體積混凝土結構開裂的主要原因是由于水化熱導致的。所以根據現實施工經驗，大體積混凝土結構中降低水泥用量，盡量使用水化熱低的水泥可以有效地控制大體積混凝土結構的開裂與裂縫產生。

3.1.2 適當摻加混合料

大體積混凝土施工中一般由于混凝土用量大、 施工工期較緊、工程質量要求高的原因，會大量使用商品泵送混凝土。 所以大體積混凝土澆筑過程中，混凝土中是否摻加混合料決定了混凝土的質量優劣。

1）使用外加劑：例如木質素磺酸鈣是常用的混凝土外加劑。 在混凝土中摻加質量比為0.2%～0.3%的木鈣時可以有效地增強混凝土的和易性、降低單位體積混凝土結構的水泥用量、降低單位混凝土的用水量。

2）合理使用外摻料：粉煤灰在混凝土結構被大范圍的作為混凝土的外摻料。 粉煤灰可以在混凝土凝結過程中產生膠凝材料，增加混凝土的強度。 但是粉煤灰摻用量過大時會加速混凝土結構的碳化速度。所以，合理摻加粉煤灰是保證混凝土結構質量的關鍵因素之一。

3.1.3 優化集料選擇

大體積混凝土中集料質量可以達到混凝土質量的85%，所以優化集料選擇可以有效防止混凝土結構的裂縫發展。

3.2 優化施工措施方法[5]

3.2.1 分層分段澆筑

大體積混凝土一次性澆筑會產生較大的水化熱。大量水化熱是導致混凝土開裂的主要原因之一。所以分層分段澆筑混凝土會加速混凝土結構局部散熱。 從而減少混凝土結構裂縫的出現。 大體積混凝土分層分段澆筑主要由以下三種澆注方式：

1）全面分層澆筑

2）分段分層澆筑

3）斜面分層澆筑

3.2.2 二次振搗

根據大量施工經驗總結[6]，二次振搗可以有效地減少混凝土裂縫的寬度。 二次振搗可以增大混凝土的密實度，減少混凝土結構中的水分與空隙，增加混凝土與鋼筋的握裹力。 二次振搗的時機選擇一般取決于以下兩個方面：

1）標準阻力貫入值低于。

2）振動棒插入混凝土中，緩慢抽出式混凝土自動閉合不會形成空穴。

3.2.3 降低混凝土出倉與澆筑溫度

盡量選擇在氣溫較低時進行工作， 盡量使用冷卻水進行攪拌，使用遮陽棚等方式降低物料進倉溫度。

3.2.4 優化攪拌工藝優化攪拌工藝可以增加混凝土的抗拉極限強度，降低混凝土的收縮應變從而提高混凝土質量，減少混凝土裂縫的產生與發展。

3.3 優化構造設計與邊界約束[7]

鋼筋混凝土結構內部結構比較復雜。 內部結構不合理會導致混凝土結構產生裂縫并加劇裂縫發展。其主要方式方法有：

（1） 優化鋼筋配置： 盡量沿混凝土表面配置鋼筋，可以降低混凝土干縮及內外溫差導致裂縫的數量。

（2）設置滑動層與緩沖層：滑動層可以降低由于邊界約束產生的裂縫，緩沖層可以降低混凝土結構由于基礎收縮產生的側向壓力。

（3）應力緩和溝的應用：應力緩和溝可以有效降低混凝土結構表面的拉應力，從而減少裂縫產生的數量與寬度。

3.4 加強養護

大體積混凝土結構在澆注成型后，必須認真養護。 避免產生由于養護不當導致裂縫產生。 例如：在混凝土表面灑水以及鋪設毛氈等手段，降低混凝土結構由于溫縮與干縮引起的裂縫。養護期間加強監測。

4 結論

本文通過對大體積混凝土結構裂縫產生機理的具體分析與總結，對如何控制大體積混凝土結構的裂縫產生提出了一些實際的施工方法。 具體施工方法有：

（1）采用優質原材料；

（2）優化配合比設計；

（3）加強養護；

（4）合理摻加外加劑預混合料；

（5）采用新型施工技術并加強構造設計；

（6）改善邊界約束。

［1］楊紅霞，鄭光明.混凝土溫度收縮裂縫的產生機理及對策[J].延安大學學報，2004,23（2）：43－44.

［2］卞春麗，梁曉平.現澆大體積混凝土裂縫的成因與防治[J].山西建筑，2007,33（3）：119－120.

［3］李建春.對于大體積混凝土溫度裂縫的探討[J].科園月刊，2008（5）：33－34.

［4］賈應春，程寶輝.大體積混凝土施工溫度控制基本思路[J].世界橋梁，2005（1）：75－77.

［5］孫振興.淺談大體積混凝土裂縫的控制措施[J].山西建筑，2005,31（4）：76－77.

［6］肖振榮.大體積混凝土防止裂縫技術措施[J].西部探礦工程，2005,17（5）：185－186.

［7］李潘武，李慧民.大體積混凝土溫度構造鋼筋的配置[J].四川建筑科學研究，2005，（31）2:31－35.