大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析與防控措施

周　捷

摘要：大體積混凝土結(jié)構(gòu)物施工技術(shù)難度大，容易引發(fā)許多影響使用安全的質(zhì)量隱患。本文從混凝土內(nèi)部溫度分布情況及其變化規(guī)律著手，分析了大體積混凝土施工過程中裂縫產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的防控措施。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；原因；防控措施

混凝土內(nèi)部溫度取決于混凝土本身所貯備的熱能。在絕熱條件下，混凝土內(nèi)部最高溫度為澆筑溫度與水泥水化熱溫度總和。實際施工過程中，由于混凝土內(nèi)部溫度與外界環(huán)境溫度之間存在溫差，并且混凝土四周并不能充分散熱，所以新澆筑的混凝土與周圍環(huán)境之間便會發(fā)生熱能交換?；炷聊０濉⑼饨绛h(huán)境和養(yǎng)護(hù)條件等因素都會不斷改變混凝土內(nèi)部所貯備的熱能，并促使混凝土內(nèi)部溫度逐漸發(fā)生變化，表現(xiàn)為“由低到高，再由高到低”的變化過程，混凝土內(nèi)部最高溫度實際上是入模澆筑溫度、水泥水化熱引起的絕熱升溫和混凝土澆筑后的散熱溫度三者的疊加。

1 大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格(如堿骨料反應(yīng))，模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等，歸納起來主要有以下幾點。

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(nèi)外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形而造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)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(nèi)部的最高溫度一般可達(dá)60℃-65℃，并且有較長的延續(xù)時間。因此，應(yīng)采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。

混凝土的收縮?；炷林屑s20％的水分是水泥硬化所必需的，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(nèi)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(fù)膨脹并幾乎達(dá)到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土的裂縫。影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件等。

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(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，所以水泥產(chǎn)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無法及時散發(fā)出去，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力。水化熱產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部最高溫度，多發(fā)生在澆筑后的最初3天至5天，以后逐漸降低，這與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān)。結(jié)構(gòu)裂縫主要是由降溫和收縮引起的，前者引起外約束，是導(dǎo)致貫通裂縫的主要原因；后者引起自約束，主要引起表面裂縫。因此在降溫階段，如果溫差較大，則早期出現(xiàn)裂縫的可能性較大。

約束條件。大體積混凝土與地基澆在一起，早期混凝土溫度上升時，混凝土膨脹受到地基約束會產(chǎn)生壓應(yīng)力；當(dāng)后期溫度下降時，混凝土收縮受到地基約束便會產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于混凝土的抗壓性能優(yōu)于抗拉性能，所以在受壓時一般不會出現(xiàn)裂縫，而在受拉時，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就會在混凝土中出現(xiàn)垂直裂縫。

2 大體積混凝土裂縫的防控措施

2.1 科學(xué)用料、合理調(diào)配

控制含泥量。根據(jù)結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸和泵送管道內(nèi)徑，選擇合理的最大粒徑。選用天然連續(xù)級配的粗集料，使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進(jìn)而減小水化熱，以采用級配良好的中砂為宜，通過試驗證明，采用細(xì)度模數(shù)2.8的中砂比采用細(xì)度模數(shù)2.3的中砂，可減少用水量20kg/m3-25kg／m3，可降低水泥用量28kg／m3-35kg／m3。因而降低了水泥水化熱，混凝土溫度升高和收縮，選用合理砂率對混凝土的可泵性是有所提高的。

控制水灰比?；炷林袚饺胍欢〝?shù)量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。不但能代替部分水泥，而且粉煤灰顆粒呈球狀具有滾動效應(yīng)，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性，并且能夠補(bǔ)充泵送混凝土中粒徑在0.315 mm以下的細(xì)集料達(dá)到占15％的要求，從而改善了可泵性。摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰的混凝土后期強(qiáng)度高，在一定范圍內(nèi)60天比28天強(qiáng)度均可增長20％左右。

減少水泥用量。選用水化熱較低的32.5號礦渣硅酸鹽水泥。其早期的水化與同齡期的普通硅酸鹽水泥相比，3天的水化熱約低30％。大體積混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土早期升溫和后期降溫產(chǎn)生內(nèi)部和表面溫差。合理地選用水泥是控制溫度裂縫的有效措施。

2.2 優(yōu)化澆搗方法

大體積混凝土施工段的劃分及澆筑順序應(yīng)根據(jù)具體工程結(jié)構(gòu)確定，通常按該工程項目劃分表的單元工程進(jìn)行劃分?；炷量刹捎没炷吝\輸車運到現(xiàn)場，汽車泵或混凝土輸送泵運送入倉；如采用非泵送混凝土，可用吊機(jī)(車)直接布料或搭設(shè)腳手架采用機(jī)動車布料。大體積混凝土必須根據(jù)當(dāng)?shù)刂虚L期天氣預(yù)報，選擇最佳天氣條件進(jìn)行澆筑，應(yīng)盡量安排在低溫時段澆筑，以最大限度降低混凝土的初凝溫度。在澆筑過程中， 應(yīng)遵循“同時澆搗、分層推進(jìn)，一次到頂， 循序漸進(jìn)”的成熟工藝。振搗時重點控制兩點，即混凝土流淌的最近點和最遠(yuǎn)點， 振動點振動時不能漏振，盡可能采用兩次振搗工藝， 以提高混凝土的密實度。

2.3 加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)是一項十分關(guān)鍵的工作，養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土內(nèi)表溫差，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。根據(jù)工程的具體情況，應(yīng)盡可能多養(yǎng)護(hù)一段時間，拆模后立即回土或覆蓋保護(hù)，同時預(yù)防近期驟冷氣候影響，以控制內(nèi)表溫差，防止混凝土早期和中期裂縫。養(yǎng)護(hù)用水的溫度應(yīng)與現(xiàn)場測得的混凝土表面溫度接近，以免人為造成混凝土表面產(chǎn)生溫度梯度，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)，不僅要滿足強(qiáng)度增長的需要，還應(yīng)通過溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂。溫度控制就是對混凝土的澆筑溫度和混凝土內(nèi)部的最高溫度進(jìn)行控制。在混凝土養(yǎng)護(hù)階段的溫度控制應(yīng)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(yīng)小于20℃；當(dāng)結(jié)構(gòu)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(yīng)包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫。③采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。④保溫法是在結(jié)構(gòu)外露的混凝土表面以及模板外側(cè)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(qiáng)度，以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。⑤混凝土表層布設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)片，增強(qiáng)混凝土的抗裂性，防止混凝土收縮時產(chǎn)生干裂。

結(jié)語

雖然學(xué)術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時在實踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，同時應(yīng)做好充分的施工準(zhǔn)備、加強(qiáng)現(xiàn)場協(xié)調(diào)與組織管理，混凝土的裂縫是完全可以避免的。

參考文獻(xiàn)

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