淺談高強混凝土的裂縫防治措施

李申龍

深圳市龍華區建設工程質量安全監督站（518128）

建設工程中時常涉及到大體積高強混凝土的施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。 大體積高強混凝土的開裂現象比較普遍，加之現在生產的水泥的放熱速度較過去大幅提高，這使得大體積高強混凝土的溫度裂縫問題更加嚴重。

建筑工程對高強混凝土結構的整體性要求高，要求連續澆筑。高強混凝土澆筑后的水泥水化熱量高，由于混凝土體積大，水化熱集聚在混凝土內部不易散發， 使得澆筑初期混凝土內部溫度顯著升高，而表面散熱較快，這樣就形成較大的內外溫差，從而在混凝土內部產生壓應力、在混凝土表面產生拉應力，易于在混凝土表面產生裂縫。 大體積高強混凝土溫度裂縫問題是一個十分復雜的問題，對其進行預防和控制是一個重要的課題。

1 高強混凝土裂縫的產生原因

裂縫產生的原因可分為兩類: ①結構型裂縫。其由外荷載引起，包括常規結構計算中的主要應力及其他的結構次應力造成的受力裂縫；②材料型裂縫。 其由非受力變形變化引起，主要是由溫度應力和混凝土的收縮引起[1]。 文章主要探討了材料型裂縫的問題。

1.1 溫度應力引起的溫度裂縫

目前，溫度裂縫主要是由溫差造成的。 水泥在水化過程中產生大量的熱量， 使混凝土內部的溫度升高，其在1～3 d 內放出的熱量是總熱量的一半。混凝土內部的最高溫度多出現在澆筑后3～5 d。 當混凝土內部與表面的溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形。 溫度應力與溫度成正比，而混凝土內部的溫度與混凝土及水泥用量有關， 當這種溫度應力超過混凝土內外的約束力時，就會產生裂縫。 因此，防止混凝土出現裂縫的關鍵就是控制混凝土內部與表面的溫差[2]。

1.2 收縮引起的裂縫

在水泥活性大、混凝土溫度較高或水灰比較低的條件下，會加劇混凝土開裂。 因為這時混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發的水分不能及時得到補充，混凝土尚處于塑性狀態，稍微受到一點拉力，其表面就會出現分布不均勻的裂縫；出現裂縫以后，混凝土體內的水分蒸發進一步加劇，于是裂縫進一步擴展。

1.3 設計不合理引起的裂縫

混凝土設計鋼筋含量偏低、間距過大,鋼筋不能有效抵消混凝土內部的拉應力，從而導致裂縫。 在鋼筋周圍的混凝土，因受到約束而不能很自由地發生形變。 如果鋼筋直徑偏大，則約束很強，鋼筋周圍的混凝土將產生很大的應力。 另外， 設計的混凝土保護層過薄也易使混凝土表面出現裂縫。 同時，混凝土強度高，則約束增強，也是造成混凝土表面產生裂縫的重要原因[3]。

1.4 選用材料不合理引起的裂縫

水化熱主要是水泥中礦物組份在水化過程中所放出的熱量。因此，選用合適的水泥對預防混凝土產生裂縫至關重要。 選用中、低熱水泥或大壩水泥有利于降低水化熱， 但低熱水泥的收縮性較高，且價格高于普通水泥。 骨料的品種、粒徑對混凝土收縮也有很大影響。 骨料的粒徑大，混凝土收縮小，有利于混凝土水化熱散發，但不利于混凝土強度的提高，特別是高強度混凝土。

2 防止裂縫產生的措施

由以上分析可知，材料型裂縫主要是由溫差和混凝土收縮引起，所以為了防止裂縫的產生，就要最大限度地降低溫差和減小混凝土的收縮，具體措施如下。

2.1 優選原材料

2.1.1 水泥

由于溫差主要是由水化熱引起，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱。 為了降低水化熱，就要盡量采用早期水化熱低的水泥，或者在保證強度等級的條件下盡量減少水泥用量。 盡量選用低熱或中熱水泥(如礦渣水泥、粉煤灰水泥)，或利用混凝土的后期強度（90 d～180 d），以降低水泥用量，減少水化熱[4]。

2.1.2 摻加粉煤灰

為了減少水泥用量、 降低水化熱并提高和易性，可以用粉煤灰代替部分水泥。 摻入粉煤灰主要有以下作用:①由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，其中二氧化硅含量為40%～60%，三氧化二鋁含量為17%～35%， 這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產物進行二次反應，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；②由于粉煤灰顆粒較細，使其參加二次反應的界面相應增加，在混凝土中分散更加均勻；③同時，粉煤灰的火山灰反應進一步改善了混凝土內部的孔結構，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結構進一步細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應收縮值也減少[5]。

由于粉煤灰的比重較水泥小，混凝土振搗時比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的摻合料較多，強度較低，表面容易產生塑性收縮裂縫。 因此，粉煤灰的摻量不宜過多，在工程中應根據具體情況確定粉煤灰的摻量。

2.1.3 骨料

盡量使用粒徑較大的粗骨料，因為粗骨料粒徑越大，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的水泥砂漿用量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產生有利。 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。 骨料在大體積高強混凝土中所占比例一般為混凝土體積的80%～83%，因此在選擇骨料時，應選擇線膨脹系數小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。

2.2 加入外加劑

加入外加劑后能減少混凝土收縮開裂的概率。外加劑對混凝土收縮開裂性能有以下影響。

2.2.1 減水劑對混凝土開裂的影響

減水劑的主要作用是改善混凝土的和易性、降低水灰比、提高混凝土強度，或在保持混凝土一定強度時減少水泥用量。 水灰比的降低、水泥用量的減少，對防止混凝土開裂十分有利。

2.2.2 緩凝劑對混凝土開裂的影響

緩凝劑的作用: ①延緩混凝土放熱峰值出現的時間， 由于混凝土的強度會隨齡期的增長而增大，所以等放熱峰值出現時， 混凝土強度也增大了，從而減小了裂縫出現的概率；②改善和易性，減少運輸過程中的塌落度損失。

2.2.3 引氣劑對混凝土開裂的影響

引氣劑對改善混凝土的和易性、可泵性以及提高混凝土的耐久性能十分有利，在一定程度上提高了混凝土的抗裂性能。

2.3 采用合理的施工方法

2.3.1 混凝土的澆筑、拆模

混凝土澆筑過程質量控制。 澆筑過程中要進行振搗，以使混凝土密實。 振搗時間以表面泛漿為宜，間距要均勻，以振搗力波及范圍重疊1/2 為宜。 澆筑完畢后，表面要壓實、抹平，以防止表面裂縫。 另外，混凝土要分層澆筑、分層流水振搗，同時要保證上層混凝土在下層初凝前結合緊密。 避免存在縱向施工縫，以提高結構的整體性和抗剪性。 振搗棒要做到“快插慢拔”，在振搗過程中，宜將振動棒上下略有抽動，以使振動均勻。

2.3.2 混凝土拆模時間控制

混凝土在實際溫度養護的條件下，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， 預計拆模后混凝土表面溫降不超過9 ℃以上時允許拆模。

2.3.3 養護

混凝土養護是大體積混凝土施工中一項十分關鍵的工作。 養護中要保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土的內外溫差，促進混凝土強度的正常發展及防止裂縫的產生。

混凝土澆筑完后，在其表面應立即覆蓋清潔的塑料膜。 初凝后撤去塑料膜，然后用浸濕的粗麻布覆蓋，并經常灑水，保持潮濕狀態最少7 d。

保濕養護過程中，應經常檢查塑料薄膜或養護劑的完整情況，保持混凝土表面濕潤。

3 結論

通過對大體積高強混凝土的配置與施工技術措施進行研究，文章主要得出了如下結論:

裂縫是大體積高強混凝土結構中普遍存在的一種現象， 在大體積高強混凝土構件中尤為明顯，其出現不僅會降低建筑物的抗滲能力、影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。 因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區別對待，采用合理的方法進行施工，并在施工中采取各種有效措施來預防裂縫的出現和發展。 合理選擇施工材料，優化混凝土配合比，優化混凝土的供應，采用科學的施工方法，嚴格施工管理，加強對大體積高強混凝土的養護，就可以降低大體積高強混凝土的溫度應力、提高混凝土的抗拉性能，從而減少裂縫的產生，保證建筑物和構件安全、穩定地工作。