論建筑施工中大體積混凝土裂縫的成因機理及對策

張俊鶴

【摘要】本文將對建筑施工中大體積混凝土裂縫形成的原因進行分析，從工程設(shè)計、材料挑選和施工管理等方面探究解決裂縫問題的相關(guān)對策，希冀對此類工程項目和同行一些借鑒。

【關(guān)鍵詞】建筑施工;大體積混凝土;裂縫;對策

引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，大體積混凝土廣泛應(yīng)用在大型橋梁、高層建筑和超高層建筑等大型工程中。但是，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中，容易產(chǎn)生表面裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫等問題。當(dāng)裂縫達(dá)到一定程度時，會對建筑本身的力學(xué)性能產(chǎn)生作用，削弱混凝土的整體性及承載能力，導(dǎo)致混凝土本身的質(zhì)量問題，以及更嚴(yán)重的后果。如何有效地控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，是當(dāng)前混凝土工程的一個重點和難點。探究混凝土工程裂縫的成因機理和對策基于現(xiàn)實需求，具有重要的現(xiàn)實意義。

1.建筑施工中大體積混凝土的基本定義

從廣義上講，根據(jù)國家頒布的文件《大體積混凝土施工規(guī)范》，“混凝土結(jié)構(gòu)實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)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(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。”稱之為大體積混凝土。但是，此處認(rèn)為其幾何尺寸不小于1m存在一定局限性。而實際項目工程運用過程中，大體積混凝土代表的是厚大的基礎(chǔ)底板、厚墻厚板和寬梁肥柱等。國家頒布的規(guī)范是施工的標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)行業(yè)守則，具體施工則據(jù)情況而定，不同的大體積混凝土采取不同的溫度控制方法。

2.混凝土裂縫的成因和機理

大體積混凝土裂縫形成受周圍環(huán)境、原材料、配合比、混凝土過程控制和養(yǎng)護等多方面因素影響，能動地制約和把握眾條件，對于有效抑制裂縫生成具有重要至關(guān)重要的意義。

2.1水分子含量和溫度高低影響

攪拌混凝土需要加入大量的水，但其實只有五分之一的水用于水泥水化，剩下的用于保證其充分的和易性，澆筑完成將逐漸蒸發(fā)在周圍環(huán)境中。攪拌過程中，若內(nèi)外水分蒸發(fā)比例不恰當(dāng)，可能引起混凝土由外向內(nèi)的干縮變形，出現(xiàn)混凝土裂縫。正常情況下，混凝土的內(nèi)部水分子含量變化較小或變化較慢，而表層則時干時濕，變化明顯。其次，入模溫度作為溫升基礎(chǔ)，有效控制入模溫度，則可以有效控制混凝土內(nèi)部溫度變化。入模溫度與混凝土內(nèi)部最高溫成正比例關(guān)系，入模溫度高則混凝土內(nèi)部最高溫高，反之，入模溫度低則混凝土內(nèi)部最高隨之降低。混凝土的目前，國際上主要通過冰水拌制混凝土的方法減少混凝土入模溫度，而我國主要通用較常規(guī)的減少原材料溫度的方法。

2.2原材料結(jié)構(gòu)性影響因素

事實上，混凝土屬于一種結(jié)構(gòu)十分不均勻的脆性材料，當(dāng)遇到水灰比不穩(wěn)定及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象時，其抗拉能力大幅減弱，容易出現(xiàn)裂縫。在鋼筋混凝土中，鋼筋主要承擔(dān)拉應(yīng)力，與此同時承受壓應(yīng)力由混凝土自身負(fù)責(zé)。設(shè)計一般要求盡量不出現(xiàn)拉應(yīng)力，但當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度大幅下降時，則易引起巨大的拉應(yīng)力，影響混凝土的穩(wěn)定性。溫度應(yīng)力有時可能超過其它外荷載所引起的應(yīng)力，所以對于進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工而言，掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律具有重要意義。

3.減少大體積混凝土裂縫形成的對策

建筑施工過程中，由于施工條件、原材料的選擇等因素的影響，大體積混凝土容易出現(xiàn)裂縫，但大都比較輕微細(xì)小。常見的近似六角形的由許多各種方向斷裂縫構(gòu)成的為網(wǎng)狀裂縫，是混凝土表層受到內(nèi)部約束而成。其次就是由許多小裂縫構(gòu)成，相互間隔一定距離地保持平行，具有一定方向性，是由于受到垂直方向的壓迫而成。凍融、鋼筋銹蝕，或者是因化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的體積不穩(wěn)定，都可能使混凝土結(jié)構(gòu)遭受破壞，導(dǎo)致開裂。無論是新澆筑的混凝土，還是硬化后的混凝土，都會發(fā)生裂縫。特別是在新澆筑的混凝土已經(jīng)出現(xiàn)微裂的情況下，若再出現(xiàn)一些不可控因素，降低其抗拉應(yīng)力，便會出現(xiàn)明顯的裂縫。

3.1?選擇合理的組成材料

混凝土內(nèi)的礦物質(zhì)成分決定其品種和用量以及釋放溫度的大小及速度。構(gòu)成水泥的鋁酸三鈣（C3A）、硅酸三鈣、硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣這四種水泥礦物的發(fā)熱速度、發(fā)熱量依次由高到低排列，但發(fā)熱速度和發(fā)熱量不一定成正比，如水泥的結(jié)構(gòu)越細(xì)膩，往往發(fā)熱速率較快卻無關(guān)于最終的發(fā)熱量。通過調(diào)整混凝土的后期強度，可以達(dá)到有效降低水泥使用量的目的。

3.2?外加劑的使用

混凝土中存在大量的毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后會使毛細(xì)管中產(chǎn)生張力，導(dǎo)致混凝土干縮變形。若增大毛細(xì)孔徑可降低表面張力，但會影響混凝土強度，這早已在60年代就被國際同仁廣泛認(rèn)同，稱之為表面張力理論。其次，除了水灰比，水泥的使用量也與混凝土收縮率息息相關(guān)，若混凝土緩凝時間適當(dāng)，可以控制因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮。

選擇正確的組成材料的基礎(chǔ)上，通過摻加粉煤灰和礦渣粉，可以明顯減少大體積混凝土澆筑內(nèi)部的溫度升高速率，有效控制裂縫的形成。之前，我國大部分地區(qū)都是采用單摻配制技術(shù)，這種技術(shù)下的水泥使用量高且混凝土內(nèi)部溫度高，隨著礦渣粉的盛行，雙摻技術(shù)的使用則大大改善了這種局面。除此之外，諸如聚羚酸類等高效減水劑在工程實踐中應(yīng)用廣泛，不僅大大減少了混凝土水泥的用量，而且有效控制混凝土的收縮，減少裂縫，是行之有效的技術(shù)手段。無論是雙摻技術(shù)還是高效減水劑的使用，都是通過調(diào)整混凝土的配合比，提高其密實度，增加其耐久性，控制混凝土裂縫生成。

3.3實現(xiàn)溫控信息化施工

國家頒布的《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》，雖然系統(tǒng)地歸納總結(jié)了典型施工案例的實踐經(jīng)驗，隨之形成了與測溫點設(shè)置的有關(guān)規(guī)定，但是沒有詳細(xì)說明，大體積混凝土測溫點的設(shè)置在具體項目施工過程中依舊存在許多盲點。通過對相應(yīng)點位的溫度測溫，實現(xiàn)混凝土溫控信息化施工，可以對相應(yīng)點位的溫度變化進行控制。

3.4增強施工過程的監(jiān)督

原材料控制建筑項目的施工方式，施工人員則決定施工質(zhì)量。混凝土澆筑過程中，管理人員要加強對施工人員的監(jiān)督，避免怠工，合理安排施工工序。混凝土澆筑過程中，合理縮短混凝土分塊長度，加強對其振搗控制以保證混凝土內(nèi)部組織密實，實現(xiàn)混凝土極限拉伸值的提高。

3.5深層裂縫和貫穿裂縫控制

一般來說，大體積混凝土的裂縫可以分為三種：即表面裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫。除了表面裂縫對于混凝土的影響較小外，深層裂縫和貫穿裂縫對于建筑施工中大體積混凝土的耐久性和結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響較大，導(dǎo)致安全隱患，因此必須及時做好防護措施。對于深層裂縫和貫穿裂縫，除了采取鑿除裂縫，還可以通過風(fēng)鎬、風(fēng)鉆以及其他人工行為，將裂縫鑿除直至消失后，再在梯形鑿槽斷面上澆筑混凝土即可。

3.6?混凝土養(yǎng)護

塑性收縮裂縫長期困擾著混凝土路面、橋面或地面施工。曾經(jīng)，為了避免塑性收縮裂縫，針對混凝土表面失水量大問題，一般采用二次收漿法，并進行混凝土養(yǎng)護。而隨著工程經(jīng)驗的日漸豐富，混凝土性能得到大大改善，較少出現(xiàn)泌水問題，但是若遇到大風(fēng)和高溫的情況，其水分子會大量蒸發(fā)，需要在終凝前再次抹面閉合裂縫，抑制塑性收縮裂縫生成。通過養(yǎng)護，可以防止混凝土早期表面失水，同時補充混凝土早期水化需要的水分，有助于水泥水化的進行。

4.結(jié)束語

綜上所述，大體積混凝土的裂縫對施工及其構(gòu)筑物危害很大，嚴(yán)重影響了構(gòu)筑物的安全使用。在施工時一定要嚴(yán)格把關(guān)，做好混凝土早期養(yǎng)護及其預(yù)防發(fā)生的措施，把混凝土的裂縫減少到最低限度，以避免危害結(jié)構(gòu)的裂縫的產(chǎn)生。

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