大體積混凝土裂縫淺析

范雷

摘 要：隨著建筑業(yè)的逐步發(fā)展，大體積混凝土結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，如大型橋梁、高層建筑、超高層建筑等。本文分析了大體積混凝土裂縫的成因，探討了裂縫防治措施。

關(guān)鍵詞：大體積；混凝土；裂縫

大體積混凝土特點是：結(jié)構(gòu)厚實，混凝土量大，工程條件復(fù)雜，施工技術(shù)要求高，水泥水化熱較大（ 預(yù)計超過25℃），易使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度變形。大體混凝土除了最小斷面和內(nèi)外溫度有一定的規(guī)定外，對平面尺寸也有一定限制。因為平面尺寸過大，約束作用所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也愈大，如采取控制溫度措施不當(dāng)，溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值時，則易產(chǎn)生裂縫。

1 大體積混凝土裂縫的成因

1.1 荷載引起的裂縫。（1）直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。設(shè)計計算階段，計算模型不合理； 結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符； 荷載少算或漏算； 內(nèi)力與配筋計算錯誤。施工階段，不加限制地堆放施工機具、材料； 不按設(shè)計圖紙施工； 擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序； 改變結(jié)構(gòu)受力模式等。使用階段，超出設(shè)計載荷； 發(fā)生大風(fēng)、大雪、地震、爆炸等。（2）次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。在設(shè)計外荷載作用下，由于建筑物的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算有出入或計算不考慮，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。實際工程中，次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見原因。在設(shè)計上，應(yīng)注意避免結(jié)構(gòu)突變，當(dāng)不能回避時，應(yīng)做局部處理。

1.2 收縮裂縫。混凝土的收縮引起收縮裂縫。收縮的主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量，混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土的收縮就越大。選用水泥品種的不同，干縮、收縮的量也不同。混凝土的逐漸散熱和硬化過程引起的收縮，會產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。混凝土的收縮現(xiàn)象有好幾種，比較熟悉的是干燥收縮和溫度收縮。

1.3 溫差裂縫。混凝土內(nèi)部和外部的溫差過大會產(chǎn)生裂縫。溫差裂縫的主要影響因素是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過大，特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類裂縫。大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般要求一次性整體澆筑，澆筑后，水泥因水化引起水化熱，由于混凝土體積大，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不容易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度將顯著升高，而混凝土表面土則散熱較快，形成了較大的溫度差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，此時，混凝土齡期短，抗拉強度很低。當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強度，則會在混凝土的表面產(chǎn)生裂縫。同時，此時混凝土的齡期很短，抗拉強度很低，也容易在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。此種裂縫一般產(chǎn)生在混凝土澆筑后的第3 天（升溫階段）。混凝土降溫階段，由于逐漸降溫而產(chǎn)生收縮，再加上混凝土硬化過程中，由于混凝土內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用，促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束，也會產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，直至出現(xiàn)收縮裂縫。

1.4 施工材料不合格引起的。混凝土的原材料砂、石含泥量超標(biāo)，級配較差，水泥安定性存在問題，引起混凝土開裂并且嚴(yán)重影響其強度。

2 大體積混凝土裂縫的控制

大體積混凝土裂縫的控制包括多個方面，如混凝土原材料、配合比、澆筑方法、養(yǎng)護(hù)條件等。本文主要從配合比、混凝土澆筑方法、監(jiān)測點的布置與溫控指標(biāo)和大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)等四個方面介紹。

2.1 配合比。（1）所配制的混凝土拌合物，到澆筑工作面的坍落度應(yīng)為（160 ± 20）mm；對強度等級在C25～C40 的混凝土其水泥用量宜控制在230～450kg/m3。（2）拌合水用量不宜大于190kg/m3。（3）礦物摻合料的用量，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況和耐久性要求確定；粉煤灰摻量不宜超過水泥用量的40%；礦渣粉的摻量不宜超過水泥用量的50%；兩種摻和料的總量不宜大于混凝土中水泥重量的50%。（4）水膠比不宜大于0.55。（5）砂率宜為38%～45%。（6）拌合物泌水量宜小于10L/m3。

2.2 大體積混凝土澆筑施工方法。（1）全面分層適用于結(jié)構(gòu)平面尺寸不大的工程，施工時宜從短邊開始，沿長邊推進(jìn)。也可分為兩段，從中間向兩端或從兩端到中間澆筑。（2）分段分層適用于厚度不太大而面積或長度較大的工程。施工時混凝土先從底層開始澆筑，進(jìn)行至一定距離后澆筑第2 層。依次向前澆筑其它各層。（3）斜面分層適用于結(jié)構(gòu)的長度超過厚度的3倍。振搗工作應(yīng)從澆筑層的下端開始，逐步上移，并保證混凝土的澆筑質(zhì)量。

2.3 大體積混凝土監(jiān)測點的布置與溫控指標(biāo)。（1）監(jiān)測點的布置范圍以所選混凝土澆筑體平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區(qū)，在測試區(qū)內(nèi)監(jiān)測點按平面分層布置。（2）在測試區(qū)內(nèi)，監(jiān)測點的位置與數(shù)量可根據(jù)混凝土澆筑體內(nèi)溫度場和應(yīng)力場的分布情況及溫控的要求確定。（3）混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的絕熱溫升最大值為45℃。（4）混凝土澆筑體的內(nèi)外溫差（ 不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）為30℃。（5）混凝土澆筑體的降溫速率為2.0℃/d。

3 大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)

3.1 降溫法。在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部最高溫度，稱為降溫法。由于降溫法的適用性和靈活性，國內(nèi)已廣泛應(yīng)用，降溫法基本規(guī)定如下：（1）冷卻水管宜采用25mm 或19mm 厚的鋼管或鋁管，按照中心距1.5～3.0m 交錯排列，水管上下間距一般為1.5～3.0m。（2）冷卻水的溫度越低，冷卻水與混凝土溫度的溫差越大，冷卻效果越明顯。但在冷卻過程中，溫差將會使周邊混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，有可能產(chǎn)生裂縫。因此冷卻水與混凝土溫度的差值不宜大于22℃。

3.2 保溫法。對于裸露的混凝土表面和側(cè)面模板周邊覆蓋保溫材料（塑料薄膜、麻袋、土工布等），以免混凝土表面溫度與中心溫度相差大于規(guī)范要求。注意事項如下：（1）保溫材料的覆蓋層數(shù)應(yīng)根據(jù)混凝土的測溫結(jié)果來確定，同時保證混凝土的中心溫度和與混凝土表面溫度相差不大于30℃。（2）由于在裸露的混凝土表面覆蓋保溫材料，注意保溫材料的搭接長度，以免水分和溫度從保溫材料的搭接處散失。

3.3 蓄水法。由于水的導(dǎo)熱系數(shù)為0.58W/m.K，因此具有一定的隔熱保溫效果。可以減緩混凝土內(nèi)部的水化熱溫度的迅速散失，這樣可以在指定的日期內(nèi)控制混凝土表面溫度和中心溫度的溫差，使混凝土具有較高的抗裂性。蓄水法注意事項如下：（1）當(dāng)混凝土達(dá)到終凝后，在結(jié)構(gòu)物的表面四周砌磚。并在磚墻內(nèi)砌筑所需的水量。而在混凝土的側(cè)模覆蓋必要的保溫材料（草袋、麻袋、土工布等）。（2）采用蓄水法控制溫度，有利于保證工程質(zhì)量（尤其是在強度和密實度方面），而且還可以有效地防止混凝土表面龜裂。

4 結(jié)語

大體積混凝土經(jīng)常應(yīng)用于水工、冶金、核電和電力工程中，具有：結(jié)構(gòu)整體性強，有抗?jié)B要求；結(jié)構(gòu)體積大，混凝土用量大，水泥水化熱高，溫度應(yīng)力大等特點。施工中既要預(yù)防混凝土澆筑后升溫階段的早期開裂，又要防止混凝土散熱冷卻時產(chǎn)生收縮應(yīng)力而造成的結(jié)構(gòu)開裂，故在施工前后必須綜合考慮，選擇適宜的方法，以防止大體積混凝土裂縫的形成和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐坤.大體積混凝土的開裂及防治[J].山西建筑，2005，31（13）.