大體積混凝土裂縫分析及施工控制技術(shù)

任世河　王雙峰

摘要：近年來，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，高層建筑越來越多，高層建筑時(shí)常涉及到大體積混凝土施工，因此對大體積混凝土施工質(zhì)量提出了更高的要求。由于其體積大，表面積小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快，當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差較大時(shí)，會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，本文將對混凝土裂縫成因進(jìn)行分析，并提出控制措施。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土溫度裂縫分析施工控制

0引言

大體積混凝土內(nèi)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發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結(jié)構(gòu)的斷面，可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害是較嚴(yán)重的：而深層裂縫部分切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定危害性；表面裂縫一般危害較小。

大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的裂縫，一方面是混凝土內(nèi)部因素：由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的：另一方面是混凝土的外部因素：結(jié)構(gòu)的外部約束和混凝土各質(zhì)點(diǎn)間的約束，阻止混凝土收縮變形，混凝土抗壓強(qiáng)度較大，但抗拉能力卻很小，所以溫度應(yīng)力一旦超過混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即會出現(xiàn)裂縫。這種裂縫的寬度在允許限值內(nèi)，一般不會影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，但卻對結(jié)構(gòu)的耐久性有所影響，因此必須予以重視和加以控制。

1裂縫產(chǎn)生原因淺析

產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾方面：

1.1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(jié)構(gòu)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(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(shí)散發(fā)出去，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大而產(chǎn)生裂縫。

1.2溫度變化引起的裂縫

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造成的，溫差愈大，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力就愈大，對混凝土的破壞也就越大。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。

1.3收縮引起的裂縫

在實(shí)際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，收縮是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因。

在施工過程中，混凝土澆筑后4～5小時(shí)左右，混凝土失水收縮。混凝土結(jié)硬以后，隨差表層水分逐步蒸發(fā)，濕度逐步降低，混凝土體積減小，因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當(dāng)表面混凝土承受拉力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生收縮裂縫。

影響混凝土收縮裂縫的主要因素有：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。

1.4鋼筋銹蝕收起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有并行斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

要防止鋼筋銹蝕，施工時(shí)應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強(qiáng)振搗，保證混凝土的密實(shí)性，防止氧氣侵入，同時(shí)嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量，同時(shí)嚴(yán)格控制保護(hù)層厚度，當(dāng)然保護(hù)層亦不能太厚，否則構(gòu)件有效高度減小，受力時(shí)將加大裂縫寬度。

1.5施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生各種裂縫。裂縫出現(xiàn)的部位和走向、裂縫寬度因產(chǎn)生的原因而異，比較典型常見的有：

1.5.1混凝土保護(hù)層過厚，或亂踩已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

1.5.2混凝土振搗不密實(shí)、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。

1.5.3混凝土澆筑過快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫。

1.5.4混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

1.5.5用泵送混凝土施工時(shí)，為保證混凝土的流動(dòng)性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土結(jié)硬化時(shí)收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

1.5.6混凝土分層或分段澆筑時(shí)，接頭部位處理不好，易在新舊混凝土和施工縫之間出現(xiàn)裂縫。

1.5.7混凝土早期受凍，使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

1.5.8施工時(shí)模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，由于側(cè)向壓力的作用使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。

1.5.9施工時(shí)拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足，使構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

1.5.10施工前對支架壓實(shí)不足或支架剛度不足，澆筑混凝土后支架不均勻下沉，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

2大體積混凝土裂縫控制的措施

綜上所述，要在施工中控制大體積混凝土產(chǎn)生裂縫，主要需要控制混原材料質(zhì)量、混凝土質(zhì)量以及混凝土施工質(zhì)量，并要做好大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)及溫度控制工作：

2.1盡量選用低熱或中熱水泥配制混凝土，或混凝土中摻加適量粉煤灰或減水劑，或利用混凝土的后期強(qiáng)度，以降低水泥用量，減少水化熱量。選用良好級配的骨料，并嚴(yán)格控制砂石含泥量，降低水灰比，加強(qiáng)振搗，以提出混凝土密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度。

2.2在混凝土中摻加緩凝劑，減緩澆筑速度，以利于散熱，在設(shè)計(jì)允許的情況下，可摻入不大于混凝土體積25％的塊石，以吸收熱量并節(jié)省混凝土。

2.3在拌合混凝土?xí)r，還可摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，使混凝土得到補(bǔ)償收縮，減少混凝土的溫度應(yīng)力。

2.4 設(shè)置后澆縫。在大體積混凝土平面尺寸過大時(shí)，可適當(dāng)設(shè)置后澆縫，以減小外應(yīng)力和溫度應(yīng)力；同時(shí)也有利于散熱，降低混凝土的內(nèi)部溫度。

2.5選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開炎熱天氣澆筑混凝土，夏季可采用低溫水或冰水?dāng)嚢杌炷?，或?qū)橇显O(shè)簡易遮陽裝置或進(jìn)行噴水預(yù)冷卻，運(yùn)輸混凝土應(yīng)防日曬，以降低砼攪拌溫度。

2.6采取分層或分塊澆筑大體積混凝土，合理設(shè)置水平或垂直施工縫，或在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置施工后澆帶，以放松約束程度，減少每次澆筑長度的蓄熱量，防止水化熱的積聚，減少溫度應(yīng)力。

2.7大體積混凝土采用泵送衛(wèi)藝，泵送過程中，常會發(fā)生輸送管堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要，須合理選擇泵送壓力，泵管直徑，輸送管線布置應(yīng)合理。炎熱季節(jié)施工泵管上須用濕麻袋等遮蓋并經(jīng)常淋水散熱。嚴(yán)寒季節(jié)施工，宜用保溫材料包裹泵管，防止管內(nèi)混凝土受凍，并保證混凝土的入模溫度。

2.8加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，提高抗拉強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工中一項(xiàng)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)工程的個(gè)體情況，應(yīng)盡可能多養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，拆模后應(yīng)立即回填土或覆蓋保護(hù)，同時(shí)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。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(hù)階段的溫度控制應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：

2.8.1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(shí)，不大于25℃～30℃。

2.8.2在基礎(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管，通循環(huán)冷卻水，強(qiáng)制降低混凝土水化熱溫度。

2.8.3混凝土拆模時(shí)，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之間的溫差。

2.8.4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、鋸末、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℃。

2.9采用切實(shí)可行的施工工藝。首先要編制切實(shí)可行的施工方案，良好的施工方案與預(yù)防、控制裂縫有很大的關(guān)系。施工方案主要應(yīng)確定一定澆筑量、施工縫間距、位置及構(gòu)造、澆筑時(shí)間、運(yùn)輸及振搗等。其次，要保證施工質(zhì)量。由于施工原因而產(chǎn)生的裂縫發(fā)生率比較大。如果在施工階段控制住了裂縫，則在使用階段開裂的可能性就很小了。因此，施工階段是裂縫預(yù)防的主要階段。

3結(jié)論

大體積混凝土的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的。裂縫控制的主要方法是通過設(shè)計(jì)、施工、材料等方面綜合技術(shù)措施將裂縫控制在無害范圍內(nèi)。大體積混凝土的施工技術(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。同時(shí)，工程管理人員要具備較高的管理能力，提高工程管理水平，正確對待結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象，認(rèn)真實(shí)踐，努力探索，點(diǎn)滴積累，堅(jiān)持不懈的努力，為社會提供出越來越完善的建筑產(chǎn)品。