淺談大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因與控制措施

徐培龍

【摘要】 本文分析了工程結(jié)構(gòu)中大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，探討了對裂縫的控制措施。

【關(guān)鍵詞】 大體積混凝土；裂縫原因；質(zhì)量控制

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)與措施直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能，若不能很好的了解大體積混凝土結(jié)構(gòu)開裂的原因以及掌握應(yīng)對此類問題所采取的相應(yīng)施工措施，那么實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中就很難保證施工質(zhì)量。對大體積混凝土施工，工程技術(shù)人員對裂縫產(chǎn)生原因需認(rèn)真分析，引起重視，實(shí)施工序間只要嚴(yán)格把關(guān)并采取相應(yīng)的技術(shù)控制措施，強(qiáng)化施工管理，完善施工工藝和施工方法，提高施工質(zhì)量，從源頭上、根本上解決問題，保證大體積混凝土的質(zhì)量，使社會效益和質(zhì)量得到保證。

一、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

1、混凝土的收縮

礦渣水泥、快硬水泥、低熱水泥混凝土收縮性較高，普通水泥、火山灰水泥、礬土水泥混凝土收縮性較低。另外水泥標(biāo)號越低、單位體積用量越大、磨細(xì)度越大，則混凝土收縮越大，且發(fā)生收縮時間越長。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

2、水泥水化熱的影響

水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350Kg/m³～550 Kg/m³來計算，每m³混凝土將放出17500KJ～27500KJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部升高（可達(dá)70℃左右，甚至更高）。尤其對于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。

3、外界氣溫濕度變化的影響

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂[1]。另外外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

二、大體積混凝土裂縫的控制

1、大體積混凝土中水泥的品種及用量

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。對于基礎(chǔ)工程中的大體積混凝土應(yīng)該選擇低熱或者中熱的水泥品種。而水泥釋放溫度的大小及速度取決于水泥內(nèi)礦物成分的不同。水泥礦物中發(fā)熱速率最快和發(fā)熱量最大的是鋁酸三鈣（C3A），其他成分依次為硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）和鐵鋁酸四鈣 （C4AF）。我們在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥。我們應(yīng)該充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，以減少水泥的用量。因?yàn)榇篌w積混凝土施工期限長，不可能28d向混凝土施加設(shè)計荷載，因此將試驗(yàn)混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的齡期向后推遲至56d 或者90d是合理的。就是基于這一點(diǎn)，國內(nèi)外很多專家均提出類似的建議。這樣充分利用后期強(qiáng)度則可以每m³混凝土減少水泥40 Kg～70Kg左右，混凝土內(nèi)部的溫度相應(yīng)降低4℃～7℃。

2、摻加外加料和外加劑

在大體積混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密實(shí)度，提高抗?jié)B能力，改善混凝土的工作度，降低最終收縮值，減少水泥用量。要降低大體積混凝土的水泥水化熱引起的內(nèi)部升溫，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫，利用粉煤灰作混凝土的摻合料是最有效的方法之一。外加劑可以從以下幾個方面來選擇。UFA膨脹劑，它可以等量替換水泥。一方面保證混凝土的密實(shí)度，另一方面使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓力，以抵消混凝土中產(chǎn)生的部分拉應(yīng)力。減水緩凝劑，并應(yīng)保證一定的坍落度。這樣可以延緩水化熱的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以達(dá)到減少水化熱的目的。

3、大體積混凝土的骨料控制

在骨料的選擇上應(yīng)該選取粒徑大強(qiáng)度高級配好的骨料。這樣可以獲得較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減小了混凝土裂縫的開展。

4、優(yōu)化大體積混凝土的設(shè)計

改善內(nèi)外溫度和其約束條件是防止大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的重要因素。粉煤灰使混凝土水化熱在一定程度上延緩釋放，對大體積混凝土的溫度控制較為有效，同時增加了混凝土的和易性，促進(jìn)了混凝土的后期強(qiáng)度，施工也較為方便。在滿足混凝土設(shè)計強(qiáng)度的前提下盡量減少水泥用量，降低水化熱。摻加緩凝型減水劑能有效延緩水化熱的釋放時間，減少混凝土內(nèi)部水化熱峰值并減小溫度應(yīng)力，避免出現(xiàn)冷接縫的可能。使用混凝土外加劑摻量5%，能有效補(bǔ)償混凝土干縮，并在一定程度上補(bǔ)償混凝土冷縮，減小混凝土應(yīng)力，同時可有效改變混凝內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)，增加密實(shí)度，提高混凝土抗?jié)B、抗裂能力。

5、溫度控制

地下室大體積混凝土施工控制溫度應(yīng)力，防止地下室尤其是底板裂縫產(chǎn)生的技術(shù)關(guān)鍵，主要應(yīng)從降低溫度應(yīng)力，提高混凝土早期強(qiáng)度和極限拉伸強(qiáng)度著手。熱應(yīng)力的控制手段主要是控制混凝土的內(nèi)外溫差△T：△T＝Tp＋Tr－Tf式中：Tp—起始澆筑溫度；Tr—水泥水化溫升；Tf—天然或人工冷卻后澆筑塊的穩(wěn)定溫度。

在溫度較高的情況下進(jìn)行施工，一定要注意降低混凝土澆筑時的溫度?？梢栽谑┕がF(xiàn)場對堆在露天的砂石用布覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時對澆筑前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水。在混凝土的內(nèi)部通入冷卻循環(huán)水，采用循環(huán)法保溫養(yǎng)護(hù)，以便加快混凝土內(nèi)部的熱量散發(fā)。

6、加強(qiáng)施工技術(shù)與養(yǎng)護(hù)施工時插筋位置的振搗、抹壓、養(yǎng)護(hù)

由于鋼筋是熱的良導(dǎo)體，易產(chǎn)生大的溫度梯度，這是裂縫產(chǎn)生的一個主要環(huán)節(jié)。同時加強(qiáng)初凝前的抹壓，以消除初期裂縫，并加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，提高砼抗拉強(qiáng)度。砼澆筑后，應(yīng)盡快回填土，土是砼最好的養(yǎng)護(hù)材料之一。采用蓄水法保溫養(yǎng)護(hù)，在混凝土施工期間可通入冷卻循環(huán)水，以便加快承臺內(nèi)部熱量的散發(fā)。如采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護(hù)周期，對于超厚大體積混凝土施工尤其適用。

7、加強(qiáng)檢、測的技術(shù)管理

加強(qiáng)原材料的檢驗(yàn)、試驗(yàn)工作。施工中嚴(yán)格按照方案及交底的要求指導(dǎo)施工，明確分工，責(zé)任到人。加強(qiáng)計量監(jiān)測工作，定時檢查并做好詳細(xì)記錄，認(rèn)真對待澆筑過程中可能出現(xiàn)的冷縫，并采取措施加以杜絕。在變截面施工前，一定要加強(qiáng)預(yù)測，并保證預(yù)測的科學(xué)性。同時在實(shí)施過程中，要切實(shí)落實(shí)施工方案。

三、結(jié)束語

綜上所述，雖然大體積混凝土很容易產(chǎn)生裂縫，但是大量的科學(xué)研究以及成功的工程實(shí)例都表明：只要我們在設(shè)計、施工工藝、材料選擇以及后期的養(yǎng)護(hù)過程中能夠充分考慮的各種因素的影響，還是完全可以避免危害結(jié)構(gòu)的裂縫的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[2] 趙穎.大體積混凝土裂縫控制初探[J].中州建筑，2005.