大體積混凝土裂縫控制的分析與探討

宋國龍 曲道旭

一、大體積混凝土的裂縫

大體積混凝土內出現(xiàn)的裂縫按深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面，可能破壞結構的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較嚴重的；而深層裂縫部分地切斷了結構斷面，也有一定危害性；表面裂縫一般危害性較小。

產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾方面：

1、水泥水化熱

水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發(fā)出去，以至于越積越高，使內外溫差增大。單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期而增長。由于混凝土結構表面可以自然散熱，實際上內部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3～5天。

2、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，防止混凝土內外溫差引起的溫度應力。

3、混凝土的收縮

混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必須的，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。混凝土收縮的主要原因是內部水蒸發(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，這對混凝土是很不利的。

二、大體積混凝土的配制

大體積混凝土所選用的原材料應注意以下幾點：

1、粗骨料宜采用連續(xù)級配，細骨料宜采用中砂；

2、外加劑宜采用緩凝劑、減水劑；摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等；

3、大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，應提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量；

4、降低原材料的溫度；

5、水泥應盡量選用水化熱低、凝結時間長的水泥，優(yōu)先采用低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等。但是，水化熱低的礦渣水泥的析水性比其它水泥大，在澆筑層表面有大量水析出。這種泌水現(xiàn)象，不僅影響施工速度，同時影響施工質量。因析出的水聚集在上下兩澆筑層表面間，使混凝土水灰比改變，而在掏水時又帶走了一些砂漿，這樣便形成了一層含水量多的夾層，破壞了混凝土的粘結力和整體性。混凝土泌水性的大小與用水量有關，用水量多，泌水性大；且與溫度高低有關，水完全析出的時間隨溫度的提高而縮短；此外，還與水泥的成分和細度有關。所以，在選用礦渣水泥時應盡量選擇泌水性的品種，并應在混凝土中摻入減水劑，以降低用水量。在施工中，應及時排出析水或拌制一些干硬性混凝土均勻澆筑在析水處，用振搗器振實后，再繼續(xù)澆筑上一層混凝土。

三、大體積混凝土的澆筑與振搗：

考慮結構大小、鋼筋疏密、預埋管道和地腳螺栓的留設、混凝土供應情況以及水化熱等因素的影響，常采用的方法有以下幾種：

1、全面分層：

即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時應使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續(xù)澆筑，直至完工為止。采用這種方案，適用于結構的平面尺寸不宜太大，施工時從短邊開始，沿長邊推進比較合適。

2、分段分層：

混凝土澆筑時，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時間內要求供應的混凝土較少，結構物厚度不太大而面積或長度較大的工程。

3、斜面分層：

要求斜面的坡度不大于1/3，適用于結構的長度大大超過厚度3倍的情況。混凝土從澆筑層下端開始，逐漸上移。混凝土的振搗也要適應斜面分層澆筑工藝，一般在每個斜面層的上、下各布置一道振動器。上面的一道布置在混凝土卸料處，保證上部混凝土的搗實。下面一道振動器布置在近坡腳處，確保下部混凝土密實。隨著混凝土澆筑的向前推進，震動器也相應跟上。

四、 大體積混凝土養(yǎng)護時的溫度控制

養(yǎng)護是大體積混凝土施工中一項十分關鍵的工作。養(yǎng)護主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土內表溫差，促進混凝土強度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。大體積混凝土的養(yǎng)護，不僅要滿足強度增長的需要，還應通過人工的溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂。

在混凝土養(yǎng)護階段的溫度控制應遵循以下幾點：

1. 混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應小于20℃；當結構混凝土具有足夠的抗裂能力時，不大于25℃～30℃。

2. 混凝土拆模時，混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。

3. 采用內部降溫法來降低混凝土內外溫差。內部降溫法是在混凝土內部預埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進行，還有常見的投毛石法，均可以有效地控制因混凝土內外溫差而引起的混凝土開裂。

4.保溫法是在結構外露的混凝土表面以及模板外側覆蓋保溫材料（如草袋、鋸木、濕砂等），在緩慢的散熱過程中，使混凝土獲得必要的強度，以控制混凝土的內外溫差小于20℃。

5. 混凝土表層布設抗裂鋼筋網(wǎng)片，防止混凝土收縮時產(chǎn)生干裂。

大體積混凝土結構的施工技術與措施直接關系到混凝土結構的使用性能，若不能很好的了解大體積混凝土結構開裂的原因以及掌握應對此類問題所采取的相應施工措施，那么實際生產(chǎn)當中就很難保證施工質量。具體施工中要靠多觀察，多比較，出現(xiàn)問題后多分析，多總結，結合多種預防處理措施，大體積混凝土的裂縫是完全可以控制在允許范圍之內的。