談給排水廠站大體積混凝土裂縫的產生與防治

朱治國

(山西太水市政工程有限公司，山西太原 030024)

談給排水廠站大體積混凝土裂縫的產生與防治

朱治國

(山西太水市政工程有限公司，山西太原 030024)

介紹了大體積混凝土的主要特點與種類，從水泥水化熱內外約束條件、外界氣溫變化、混凝土收縮變形等方面，分析了大體積混凝土產生裂縫的原因，并提出了主要的防治措施，從而保證大體積混凝土的工程質量。

大體積混凝土，收縮變形，沉陷裂縫，防治措施

0 引言

大體積混凝土是指混凝土結構物其實體最小幾何尺寸不小于1 m的大體量的混凝土，或者混凝土結構可能會因為膠凝材料的水化反應造成溫度變化、收縮從而導致有害的裂縫產生。

大體積混凝土在工程中主要應用于水利大壩、橋梁墩柱、大型設備基礎，以及大型建(構)筑物工程，尤其是在近幾年城市市政基礎設施建設中，更為常見。其中，市政給排水廠站構筑物工程中大體積混凝土裂縫的防治更值得研究。

市政給排水廠站構筑物工程中的大體積混凝土主要指大型給排水構筑物的底板工程，以及達到規模的池壁工程。

1 大體積混凝土的主要特點

大體積混凝土的主要特點是結構截面大、結構厚實、混凝土用量多，施工時因大體積混凝土內部水化熱不易散發，易使所澆筑的結構物產生裂縫，影響結構安全和正常使用，故對施工技術要求較高。

2 大體積混凝土產生裂縫的種類

大體積混凝土產生的裂縫，依據縫隙深度分為貫穿裂縫、深層裂縫、表面裂縫三類。表面裂縫指的是溫度裂縫，對結構物的危害性小，但影響結構物外觀;深層裂縫指的是局部切斷結構物斷面的裂縫，會危害結構物的耐久性;貫穿裂縫指的是由表面裂縫逐步演變成切斷結構物斷面的裂縫，不但會危害結構物的耐久性，還可能破壞結構物的穩定性和整體性，對結構物的危害性大。

3 大體積混凝土產生裂縫的原因

大體積混凝土產生裂縫的原因，主要有兩方面:一方面是混凝土內外溫差產生溫度應力和溫度變形，另一方面是混凝土結構內外約束力即抗拉強度。當混凝土結構的溫度應力大于其抗拉強度，混凝土結構物就會產生裂縫。分析常見裂縫，主要起因如下所述。

3.1 水泥的水化熱影響

水泥在混凝土中發生水化反應時，會伴隨反應產生熱量，使其內部溫度升高，當混凝土結構物的內部溫度大大超過其表面溫度的時候，結構物的溫度應力和溫度變形就隨之產生。當結構物溫度應力高于其內外約束力的時候，混凝土結構物就產生裂縫。

混凝土結構物的內部溫度和混凝土的厚度、水泥的用量、灰水比，以及水泥的標號和品種等密切相關。

3.2 內外約束條件的影響

早期混凝土受到溫度變化和外界約束等因素影響時，內部會產生較大的內應力，并且混凝土的早期強度較低，容易產生裂縫。由于水泥水化反應放熱，使得混凝土結構物中心溫度高、熱膨脹大，結構物表面產生拉應力、中心產生壓應力，當結構物表面拉應力大于混凝土抗拉強度時，混凝土結構物就產生裂縫。而大體積的混凝土，由于結構的體積大，內部產生的水泥水化熱很難得到及時散發，引起混凝土結構的內外溫差較大，更易造成結構物過早的產生裂縫。

3.3 外界大氣溫的變化影響

在施工階段，大體積混凝土常受外界大氣溫影響。外界氣溫的變化將加劇混凝土結構的開裂。當外界氣溫下降，特別是氣溫驟降，混凝土結構物的表面溫度會驟然大幅降低，中心溫度卻下降速度較慢，造成結果是混凝土結構物的中心溫度偏高、表面溫度偏低，溫差很大，溫度應力很大，結構物內部體積膨脹、表面體積收縮，導致混凝土結構產生大量裂縫。規范規定，混凝土在澆筑及養護過程中，應確?；炷两Y構表面溫度與環境溫度之差不應大于20℃，混凝土結構中心溫度與表面溫度之差不應大于25℃。實踐證明，符合該規定時，混凝土結構因外界氣溫變化而產生的裂縫數量較少且對結構的強度、剛度、耐久性影響較小。

3.4 混凝土收縮變形的影響

混凝土的收縮變形是指混凝土在不受外力的情況下，因體積減小而產生的變形。混凝土收縮分為硬化收縮、失水收縮、塑性收縮、碳化收縮、溫度收縮。硬化收縮是混凝土硬化過程中由于水泥和水化合化學引起的體積減小，這種收縮主要與水泥的品種有關，變形不大。失水收縮(干燥收縮)是混凝土中微小孔隙中的水散失引起的體積減小，變形過程非常復雜。塑性收縮主要是指混凝土在未凝結硬化之前，混凝土表面的水分蒸發損失，而混凝土結構還處在塑性狀態的時候發生的收縮，裂縫主要產生在結構表面，深度不大。碳化收縮是指混凝土在長期的使用過程中，在環境中二氧化碳和水的作用下形成碳酸，與水泥的水化產物反應生成碳酸鈣等產物而破壞混凝土的結構，同時導致混凝土發生碳化收縮，碳化收縮與失水收縮一般是同時進行的，碳化收縮也會造成結構表面裂縫的產生。溫度收縮主要是指混凝土澆筑后，在凝結硬化的過程中，由于水泥水化發生反應，從而放出熱量造成混凝土結構溫度升高，在凝結硬化的后期，伴隨著水泥水化的反應速度降低直至水化反應結束，熱量不斷散失，混凝土進入降溫過程，混凝土溫度降低伴隨體積縮小，施工控制不當極易產生裂縫。

3.5 沉陷裂縫

沉陷裂縫主要因為支撐、支架變形和地基的不均勻沉降，大部分屬于貫穿性或深層裂縫，有些在結構上部，有些在結構下部，一般與地面呈30°～45°或垂直方向發展。沉陷裂縫中較嚴重的貫穿性裂縫，大多左右或上下存在一定距離，裂縫寬度和地基的不均勻沉降、荷載大小有關，而與溫度變化的關系很小。地基達到變形穩定后，沉陷裂縫基本上會趨于穩定。

4 大體積混凝土產生的裂縫主要防治措施

大體積混凝土產生的裂縫，依據上述原因分析，可采取兩類防治措施進行沉陷裂縫和非沉陷裂縫的防治。

4.1 非沉陷裂縫的措施

非沉陷裂縫的防治主要是在混凝土結構的澆筑過程中，進行人為控制，減小結構內部產生的溫度和結構外部外溫度差。在施工之前，要準確計算熱工，制定符合規范的、有效的技術措施。

4.1.1 優化配合比、優選材料

優選水化熱較低的水泥，來降低混凝土結構中水泥水化熱，使大體積混凝土升溫的速度得到控制。嚴格控制拌制混凝土所用粗細集料的含泥量，含泥量超過一定限值不但會造成混凝土結構物抗拉強度降低，還可能加大混凝土的收縮，對混凝土的抗裂產生不利影響。

優化混凝土配合比，嚴格控制混凝土中粗細集料的級配和坍落度，盡可能降低水泥用量。

選用合適的外加劑，以改善混凝土的性能，適當延長混凝土的凝結時間。

4.1.2 優化混凝土的拌和、運輸、澆筑、振搗施工方案

環境溫度較高的季節，可以利用給混凝土拌合場設置遮陽棚、拌和時水中加入冰塊、運輸設備遮陽隔熱等措施盡量降低混凝土的入模溫度。環境溫度較低的季節，可以利用拌和時加熱砂石和水、運輸設備保溫等措施來提高混凝土的入模溫度。

分層分塊澆筑混凝土，利用增大澆筑面積來盡快散熱，從而裂縫在混凝土中產生的概率降低，分層澆筑常用的方法有分段分層、全面分層、斜面分層。

混凝土澆筑時，應選擇與澆筑方法相匹配的振搗方法，不漏振、不過振。

4.1.3 優化養護措施

養護大體積混凝土結構物的主要措施是保持適宜的溫、濕度，使結構物內外溫差控制在一定限值范圍，保證結構物混凝土強度能夠正常發展，并且可以防止裂縫的產生或者進一步發展。

當環境溫度較高時，大體積混凝土的主要養護措施采用隔熱保濕，必要時可通過在混凝土內部設置預埋水管通入冷卻水的內部降溫法來降低混凝土結構內外溫差。環境溫度較低的季節，大體積混凝土養護主要采取保溫措施。

4.2 沉陷裂縫的防治措施

沉陷裂縫防治主要是支撐、模板支架的合理設計及地基的處理，必要時設置合理的后澆帶，主要防治措施如下:

1)在對填土地基、松軟土，上部結構施工之前，采取必要的處理措施加固和夯實。

2)防止混凝土澆筑及養護過程中地基被水浸泡。

3)保證模板及模板支架、支撐有足夠的強度、剛度和穩定性。

4)依據混凝土結構的強度等級，準確掌握模板拆除的時間，不能太早拆模，并且把握拆模板的先后次序。

5)在凍土地基上，搭設模板和模板支撐、支架時要采取一定的抗凍融及抗滑預防措施。

6)在合適的位置，設置合理后澆帶。

市政給排水廠站構筑物工程中大型鋼筋混凝土底板大體積混凝土工程中，防治混凝土的沉陷裂縫主要采取上述措施中的地基夯實、加固和設置后澆帶來實現。

5 結語

大體積混凝土結構裂縫的產生，主要是控制混凝土結構溫度應力不超過其能承受的抗拉強度。大體積混凝土裂縫的防治，可以通過優選材料，采取適當的施工措施，養護措施等來實現。

［1］GB 50496—2012，大體積混凝土施工規范［S］.

［2］全國一級建造師執業資格考試用書編寫委員會.市政公用工程管理與實務［M］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

On formation of large concrete cracks in water-supply and drainage plants and their prevention

Zhu Zhiguo
(Shanxi Taishui Municipal Engineering Co.，Ltd，Taiyuan 030024，China)

The paper introduces the main features and classifications for the large concrete，analyzes the reasons for the cracks of the large concrete from the hydration heat of cement，internal and external restraints，external temperature changes，and concrete shrinkage and deformation，and points the main prevention measures，so as to ensure the engineering quality of the large concrete.

large concrete，shrinkage and deformation，settlement crack，prevention measure

TU755.7

:A

1009-6825(2016)36-0115-02

2016-10-09

朱治國(1982-)，男，工程師