大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因及控制措施

顏清波

（永州市冷水灘區(qū)水利局 永州市 425000）

水利工程大體積混凝土指的是最小斷面尺寸大于1 m以上的混凝土結(jié)構(gòu)，與普通鋼筋混凝土相比，具有結(jié)構(gòu)厚，體形大、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高的特點。

1 裂縫產(chǎn)生的原因

水利工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，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、模板變形、基礎(chǔ)不均勻沉降等。

（1）水泥水化熱的影響。

混凝土硬化期間，水泥水化過程中放出大量的熱量，水泥的水化熱隨齡期的增長而增長，大部分發(fā)生在3 d齡期之前，3 d一般可以放出228 J/g左右的熱量，7 d可以放出261 J/g左右的熱量，如果以水泥用量350 kg/m3來計算，每m3混凝土將放出91 350 kJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高（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。因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，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度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。

（2）混凝土收縮的影響。

混凝土凝結(jié)初期或硬化過程中出現(xiàn)的體積縮小現(xiàn)象稱為混凝土收縮。一般分為塑性收縮（又稱沉縮），化學(xué)收縮（又稱自身收縮），干燥收縮及碳化收縮?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時（支承條件、鋼筋等）將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。

（3）外界氣溫濕度變化的影響。

水利工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，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。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。

（4）其他因素的影響。

建筑物由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降會產(chǎn)生沉陷裂縫，這種裂縫會隨著基礎(chǔ)沉降而不斷的增大，待地基下沉穩(wěn)定后，將不會變化。

混凝土配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫，一般是混凝土配合比中，粗骨料級配不連續(xù)、數(shù)量不夠，砂率及水灰比不當(dāng)所造成的裂縫。

由于模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

堿骨料反應(yīng)裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最常見的由于化學(xué)反應(yīng)而引起的裂縫?；炷涟韬秃髸a(chǎn)生一些堿性離子，這些離子與某些活性骨料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并吸收周圍環(huán)境中的水而體積增大，造成混凝土酥松、膨脹開裂。這種裂縫一般出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)使用期間，一旦出現(xiàn)很難補救。

2 裂縫的控制措施

（1）合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比。

選擇混凝土原材料，優(yōu)化混凝土配合比的目的是使混凝土具有較強的抗裂能力，具體來說，就是要求混凝土的絕熱溫升較小，抗拉強度較大、極限拉伸變形能力較大、熱強比較小，自生體積變形最好是微膨脹，至少是低收縮。

理論研究表明大體積混凝土產(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。因此在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍落度不受損失，可適度增加活性細(xì)摻料替代水泥；選用適宜的骨料，施工中根據(jù)現(xiàn)場條件盡量選用粒徑較大，級配良好的粗骨料，最大粒徑越大，骨料的空隙率和表面積越小，混凝土的水泥漿及水泥用量就越??；選用中粗砂，改善混凝土的和易性，并充分利用混凝土的后期強度，減少用水量；嚴(yán)格控制砂石骨料的含泥量，在保證混凝土強度及流動條件下，盡量節(jié)省水泥，降低混凝土絕熱溫升。

精心設(shè)計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計準(zhǔn)則，生產(chǎn)出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。

（2）合理進(jìn)行溫度控制。

對于大體積混凝土的溫度控制，主要考慮3個特征值:入模溫度、最高溫度及養(yǎng)護(hù)溫度。

入模溫度控制?；炷恋娜肽囟热Q于各種原材料的初始溫度，在溫度較高的情況下進(jìn)行施工，可以在施工現(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。盡量選擇較低氣溫時段澆筑混凝土，在混凝土運輸工具上覆蓋麻袋，并經(jīng)常噴灑冷水降溫，以降低混凝土的入模溫度；摻加相應(yīng)的緩凝型減水劑；在混凝土入模時，還可以采取強制通風(fēng)措施，加速模內(nèi)熱量的散發(fā)。在冬季進(jìn)行施工，因為要防止早期混凝土被凍問題，所以要求混凝土澆筑時應(yīng)該具有較高的澆筑溫度。在澆筑混凝土以前還應(yīng)該對基礎(chǔ)及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預(yù)熱，對原材料應(yīng)視氣溫高低進(jìn)行加熱。

最高溫度控制。采用薄層澆筑以增加散熱面，并適當(dāng)延長間歇時間；在高溫季節(jié)，在混凝土內(nèi)部預(yù)埋蛇形冷卻水管，利用冷卻水管內(nèi)流通的制冷水帶走大體積混凝土內(nèi)部積聚的水泥水化熱，削減澆筑層水化熱溫升，已采用預(yù)冷措施時，則可采用厚塊澆筑，防止因氣溫過高而熱量倒流，以保持預(yù)冷效果。

養(yǎng)護(hù)溫度控制。大體積混凝土的裂縫，特別是表面裂縫，主要是由于混凝土中產(chǎn)生了溫度梯度。在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，以使混凝土緩緩降溫，充分發(fā)揮其徐變特性，減低溫度應(yīng)力。夏季應(yīng)堅決避免曝曬，注意保濕；冬季應(yīng)采取措施保溫覆蓋，以免發(fā)生急劇的溫度梯度變化；采取長時間的養(yǎng)護(hù)，確定合理的拆模時間，以延緩降溫速度，延長降溫時間，充分發(fā)揮混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”；混凝土內(nèi)外溫差應(yīng)控制在25℃以內(nèi)，基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內(nèi)，并及時調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不致過大，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)；常用的保溫材料有模板、草袋、濕砂、鋸末等，保溫材料不僅要放置在混凝土的表面，還要注意結(jié)構(gòu)物四周的保溫，保溫時間不少于28 d。

（3）采用分層、分段、分縫澆筑。

大體積混凝土澆筑方案應(yīng)根據(jù)整體連續(xù)性澆筑的要求，結(jié)構(gòu)物的整體大小，鋼筋疏密，混凝土運輸供應(yīng)條件等具體情況確定。一是分面、分層澆筑，做到第一層全面澆筑完畢后，在第一層混凝土還未初凝時再開始澆筑第二層，如此逐層進(jìn)行，直至澆筑完成。這種施工方案適用于結(jié)構(gòu)物厚度和體積大的工程，澆筑時宜從結(jié)構(gòu)物的短邊開始，沿長邊推進(jìn)。二是分段、分層澆筑，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(nèi)要求供應(yīng)的混凝土較少，不象第一種方案那樣集中。這種方案適用于結(jié)構(gòu)物厚度不太大而面積或長度較大的工程。三是斜面分層，要求斜面的坡度不大于1/3，適用于結(jié)構(gòu)的長度大大超過厚度3倍的情況?；炷翉臐仓酉露碎_始，逐漸上移。

（4）采用先進(jìn)的施工工藝。

在加強混凝土質(zhì)量控制的同時，應(yīng)積極推廣新技術(shù)、新材料和新工藝的應(yīng)用，還要在施工過程中針對施工現(xiàn)場情況，周圍環(huán)境，天氣氣溫及變化情況，精心安排混凝土一天時間中最有利的施工時間，并總結(jié)應(yīng)用降溫和保濕方法，從材料質(zhì)量、施工技術(shù)，環(huán)境等方面采取措施，綜合治理，控制大體積混凝土裂縫，使結(jié)構(gòu)工程、經(jīng)濟、合理、安全、實用、可靠。

（5）合理組織施工。

在施工過程中精心安排混凝土施工時間，在高溫季節(jié)施工時，混凝土澆筑時間盡量安排在16時至翌日上午10時前進(jìn)行，以減少混凝土溫度回升。新舊混凝土澆筑間隔時間為（5～7）d，相鄰澆筑壩塊高差控制在8 m以內(nèi)。