淺析大體積混凝土裂縫成因與防治

張曉鋒

【摘要】混凝土澆筑中的裂縫控制是一個普遍存在的難題，尤其對大體積混凝土結(jié)構(gòu)，施工時應采取各種防范控制措施，保證混凝土的澆筑質(zhì)量，防止出現(xiàn)裂縫。本文分析了大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因，并提出了裂縫控制的技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】大體積；混凝土；裂縫；控制

隨著我國基礎(chǔ)建設的快速發(fā)展，大體積混凝土施工日益增多，而大體積混凝土施工中普遍會遇到裂縫控制問題，這是因為混凝土體積大，聚集的大量水化熱會導致混凝土內(nèi)外散熱不均勻，在受到內(nèi)外約束的情況下，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生較大的溫度應力并很可能導致裂縫產(chǎn)生，最終為工程結(jié)構(gòu)埋下嚴重質(zhì)量隱患。因此，大體積混凝土施工中應嚴格控制裂縫產(chǎn)生和發(fā)展，以保證工程質(zhì)量。

一、 裂縫分類

裂縫就其開裂程度可分為表面的、貫穿的；就其在結(jié)構(gòu)物表面形狀可分為網(wǎng)狀裂縫、爆裂裝裂縫、不規(guī)則短裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、斜裂縫等；裂縫按其發(fā)展情況可分為穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的、能愈合的和不能愈合的；裂縫按其產(chǎn)生的時間可分為混凝土硬化之前產(chǎn)生的塑性裂縫和硬化之后產(chǎn)生的裂縫；裂縫按其產(chǎn)生的原因可分為荷載裂縫和變形裂縫。荷載裂縫是指因動、靜荷載的直接作用引起的裂縫。變形裂縫是指因不均勻沉降、溫度變化、濕度變異、膨脹、收縮、徐變等變形因素引起的裂縫。

市政工程一般將裂縫分為貫穿縫、深層縫及表面縫3 種。

貫穿縫指貫穿全斷面的水平、鉛直縫。其中以基礎(chǔ)混凝土貫穿縫最為嚴重，它破壞結(jié)構(gòu)的整體性，如不處理將改變結(jié)構(gòu)運用期的應力狀況。

深層縫的表面縫寬0.2～0.4mm。此類縫多由表面縫逐漸擴展而成，其危害程度遜于貫穿縫，一般也應進行處理，或僅作表面封閉處理。

表面縫占全部裂縫的絕大部分，縫窄淺，有時可自行封閉。其危害程度較小， 一般不需處理。目前此類縫很難避但亦應重視，及時改變形成裂縫的條件，防止逐步發(fā)展成為深層裂縫。永久暴露的結(jié)構(gòu)面也要注意影響外觀，在防護措施上應從防裂著手。

二、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等，歸納起來主要有以下幾點。

1、外界氣溫變化。大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應力是由于溫差引起溫度變形而造成的，溫差愈大，溫度應力也愈大。同時，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達60℃-65℃，并且有較長的延續(xù)時間。因此，應采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應力。

2、混凝土的收縮?；炷林屑s20%的水分是水泥硬化所必需的，而約80%的水分要蒸發(fā)，多余水分的蒸發(fā)會引起混凝土體積的收縮?；炷潦湛s的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復膨脹并幾乎達到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生很大的收縮應力，導致混凝土的裂縫。影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝、養(yǎng)護條件等。

3、約束條件。大體積混凝土與地基澆在一起，早期混凝土溫度上升時，混凝土膨脹受到地基約束會產(chǎn)生壓應力；當后期溫度下降時，混凝土收縮受到地基約束便會產(chǎn)生拉應力。由于混凝土的抗壓性能優(yōu)于抗拉性能，所以在受壓時一般不會出現(xiàn)裂縫，而在受拉時，當拉應力大于混凝土的抗拉強度時，就會在混凝土中出現(xiàn)垂直裂縫。

三、 大體積混凝土裂縫的防控措施

3.1、設計措施

1） 精心設計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能地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）”的設計準則，生產(chǎn)出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。

2）增配構(gòu)造筋提高抗裂性能。配筋應采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應在0.3-0.5%之間。

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

4）在易裂的邊緣部位設置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。

3.2 優(yōu)選原材料

3.2.1 水泥由于溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取早期水化熱低的水泥，由于水泥的水化熱是礦物成分與細度的函數(shù)，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細度模數(shù)，硅酸鹽水泥的礦物組成主要有：C3S、C2S、C3A和C4AF，試驗表明：水泥中鋁酸三鈣（C3A）和硅酸三鈣（C3S）含量高的，水化熱較高，所以，為了減少水泥的水化熱，必須降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外，在不影響水泥活性的情況下，要盡量使水泥的細度適當減小，因為水泥的細度會影響水化熱的放熱速率，試驗表明比表面積每增加100c㎡/g，1d的水化熱增加17J/g～21J/g，7d和20d均增加4J/g～12J/g.

3.2.2 骨料

①粗骨料盡量擴大粗骨料的粒徑，因為粗骨料粒徑越大，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產(chǎn)生有利。

②細骨料，宜采用級配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因為其孔隙率小，總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱就低，裂縫就減少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收縮變形就越大，裂縫就越嚴重，因此細骨料盡量用干凈的中粗沙。

3.3 采用合理的施工方法

3.3.1 混凝土的拌制：

①在混凝土拌制過程中，要嚴格控制原材料計量準確，同時嚴格控制混凝土出機塌落度。

②要盡量降低混凝土拌合物出機口溫度，拌合物可采取以下兩種降溫措施：一是送冷風對拌和物進行冷卻，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的溫度控制在6℃左右。

3.3.2 混凝土澆注、拆模

①混凝土澆注過程質(zhì)量控制澆注過程中要進行振搗方可密實，振搗時間應均勻一致以表面泛漿為宜，間距要均勻，以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜，澆注完畢后，表面要壓實、抹平，以防止表面裂縫。另外，澆注混凝土要求分層澆注，分層流水振搗，同時要保證上層混凝土在下層初凝前結(jié)合緊密。避免縱向施工縫、提高結(jié)構(gòu)整體性和抗剪性能。

②澆注時間控制盡量避開在太陽輻射較高的時間澆注，若由于工程需要在夏季施工，則盡量避開正午高溫時段，澆注盡量安排在夜間進行。

③混凝土拆模時間控制混凝土在實際溫度養(yǎng)護的條件下，強度達到設計強度的75%以上，混凝土中心與表面最低溫度控制在25℃以內(nèi)，預計拆模后混凝土表面溫降不超過9℃以上允許拆模。

3.3.3 養(yǎng)護混凝土澆注完畢后，應及時灑水養(yǎng)護以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤，這樣既減少外界高溫倒罐，又防止干縮裂縫的發(fā)生，促進混凝土強度的穩(wěn)定增長。一般在澆注完畢后12～18h內(nèi)立即開始養(yǎng)護，連續(xù)養(yǎng)護時間不少于28d或設計齡期。

結(jié)論：以上對大體積混凝土的裂縫進行了理論的初步探討，雖然學術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和預防方法有不同的理論，但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時在實踐中的應用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以控制在充許的范圍內(nèi)。