關(guān)于建筑大體積混凝土開(kāi)裂問(wèn)題的探討

陳必春

【摘 要】混凝土是由膠結(jié)材料，骨料和水按一定比例配制，經(jīng)攪拌振搗成型的人造石材，是當(dāng)代最基本的建筑材料之一。然而控制大體積混凝土開(kāi)裂及其擴(kuò)展是一項(xiàng)技術(shù)難題，也是工程施工中常遇到的問(wèn)題。本文解釋了混凝土大體積產(chǎn)生開(kāi)裂的主要因素，指出在建筑大體積混凝土施工中必須考慮開(kāi)裂的控制，從各個(gè)環(huán)節(jié)做好預(yù)防。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；開(kāi)裂；預(yù)防

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)，大體積混凝土結(jié)構(gòu)工程日益增多，如高層建筑地下室、高層建筑大型整板基礎(chǔ)等，成為工程建設(shè)中十分重要的承重結(jié)構(gòu)。但由于大體積混凝土本身體積大，水化熱量與環(huán)境的熱交換路徑長(zhǎng)，造成結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度分布極不均勻，嚴(yán)重時(shí)容易引起混凝土開(kāi)裂。使混凝土結(jié)構(gòu)的承載力降低，直接影響結(jié)構(gòu)的安全。針對(duì)以上問(wèn)題，筆者就近幾年研究結(jié)果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析一下大體積混凝土裂縫的成因及防治措施，供同行參考。

1.高層建筑大體積混凝土開(kāi)裂的常見(jiàn)原因

大體積混凝土結(jié)構(gòu)厚大，澆注混凝土量大，工程條件復(fù)雜，產(chǎn)生開(kāi)裂的原因也是多種多樣，分析原因主要是由于溫度和濕度的變化， 水泥水化產(chǎn)生的化學(xué)縮減， 基礎(chǔ)不均勻沉降， 原材料不合格， 模板變形等。下面我們分析一下這些致裂因素：

1.1外界氣溫的影響

由于溫度的升降變化而引起的應(yīng)力就稱(chēng)為溫度應(yīng)力。大體積混凝土結(jié)構(gòu)厚實(shí)，體積龐大，導(dǎo)熱性能較差，在水泥硬化中產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)排出，容易產(chǎn)生開(kāi)裂。另外，新澆混凝土受基巖或老混凝土約束，容易產(chǎn)生應(yīng)力，隨混凝土齡期的增長(zhǎng)，彈性模量變大，將產(chǎn)生特別大的拉應(yīng)力，一旦超過(guò)混凝土的最大抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生基礎(chǔ)性裂縫。

1.2混凝土的收縮變形

自收縮是因水泥水化過(guò)程造成混凝土內(nèi)部干燥而引起的。水泥在凝結(jié)時(shí)會(huì)結(jié)合的少部分水分，而這部分水分最終會(huì)蒸發(fā)掉，于是水分所占據(jù)的位置會(huì)產(chǎn)生許多氣孔和毛細(xì)孔。這些氣孔和毛細(xì)孔隨著水分蒸發(fā)，在表面張力作用下，其內(nèi)部壓力比外部壓力小，使毛細(xì)孔中產(chǎn)生負(fù)壓，混凝土產(chǎn)生了收縮，一旦這種收縮受到阻礙或者約束，則混凝土可能產(chǎn)生開(kāi)裂?；炷磷允湛s的增長(zhǎng)速度隨齡期的增加而逐漸減慢[1]。

1.3材料及施工因素的影響

工程材料使用不當(dāng)。例如鋼筋布局不合理，配筋率達(dá)不到要求，會(huì)降低混凝土的極限拉伸應(yīng)變能力，造成局部產(chǎn)生裂紋。另外，在施工澆搗混凝土中，漏振、過(guò)振或振搗棒抽插過(guò)快，均會(huì)影響混凝土的密實(shí)性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。

1.4水泥水化熱

混凝土澆筑后由于其內(nèi)部水分的散失以及發(fā)生一些化學(xué)變化，會(huì)引起混凝土體積收縮，這個(gè)時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力共同作用就會(huì)加劇混凝土的開(kāi)裂。一般水泥因水化反應(yīng)產(chǎn)生體積上的縮減作用是不可避免的。另外，大體積混凝土由于其斷面較厚，其散發(fā)出來(lái)的熱量就會(huì)聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不易散發(fā)出來(lái)，因而更會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度有較大的上升，更為加劇混凝土的開(kāi)裂。最后，隨著高層建筑大體積混凝土齡期的增長(zhǎng)，彈性模量也會(huì)隨著增高，對(duì)混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也越來(lái)越大，以至于產(chǎn)生了非常大的拉應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂。因此，一般都是認(rèn)為水泥水化熱是大體積混凝土溫度裂縫出現(xiàn)的主要因素[2]。

2.高層建筑大體積混凝土開(kāi)裂的預(yù)防

2.1加強(qiáng)大體積混凝土的溫度控制

大體積施工溫度控制的內(nèi)容主要有以下幾方面：（1）原材料的預(yù)冷卻，（2）澆筑時(shí)的溫度控制，（3）澆筑層的厚度與澆筑方法，（4）采取的養(yǎng)護(hù)手段、后期保護(hù)等，其中以混凝土的養(yǎng)護(hù)方法起主要作用。高層建筑大體積混凝土的溫度的控制措施不但要符合溫度控制的相關(guān)要求，還應(yīng)計(jì)算出混凝土相應(yīng)的溫度應(yīng)力，兩方面需要配合才能更好的預(yù)防混凝土的開(kāi)裂的發(fā)生與發(fā)展。在混凝土入模時(shí)，應(yīng)選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，夏季可采用低溫?cái)嚢杌炷?，?duì)骨料進(jìn)行護(hù)蓋遮陽(yáng)，也可適當(dāng)摻加緩凝型減水劑。在混凝土澆筑后，應(yīng)緩慢降溫，充分發(fā)揮徐變特性，冬季保溫覆蓋，夏季防止曝曬，消除溫度梯度。

2.2水泥的選用

水泥的水化熱是產(chǎn)生大體積混凝土裂縫的重要原因，所以必須選用水化熱較低的水泥配制混凝土，這是控制混凝土溫升最佳方法。較低水化熱的水泥如粉煤灰水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。有資料表明，在混凝土中摻加摻加一定量的粉煤灰，不但可以改善混凝土的粘聚性和可泵性，還可節(jié)約水泥用量，每增減10k水泥，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升降1度。另外，選用粒徑較大的骨料，降低水灰比均可降低水泥水熱化程度[3]。

2.3骨料與外加料的選用

在大體積混凝土中，若骨料中含泥量偏多，不僅增加了混凝土的收縮變形，而且嚴(yán)重降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度，對(duì)抗裂的危害性很大。因此在施工時(shí)用清水沖洗，這樣既減少含泥量同時(shí)又可以降低因暴曬而升高粗骨料的溫度，進(jìn)而使混凝土的溫度也降低。

外加劑的選擇要求具有緩凝、減水、減小混凝土的坍落度損失、明顯改善混凝土的可工作性、顯著改善混凝土的耐久性等特點(diǎn)，選用優(yōu)質(zhì)外加劑可減少拌和用水及水泥用量，降低了混凝土水化熱。

2.4摻入合成纖維法

在許多工程實(shí)踐中證明，摻合纖維混凝土是解決混凝土因收縮而引起微裂的有效手段。在混凝土中加入較低摻量水平的合成纖維，可減少和防止混凝土在澆筑后早期硬化階段的塑性收縮裂縫和微裂紋，也可以減少和防止混凝土硬化后期產(chǎn)生干縮裂縫及溫度變化引起的微裂紋，從而改善混凝土的防滲、抗凍、抗沖擊等性能[4]。

2.5加強(qiáng)澆筑后的養(yǎng)護(hù)和監(jiān)控

混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個(gè)方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。好的早期養(yǎng)護(hù)方法可以起到最大程度避免自生收縮和干燥收縮發(fā)生的目的。高性能混凝土的水泥水化速度非?？欤绻掷m(xù)有外來(lái)水分供應(yīng)水化反應(yīng)，則混凝土內(nèi)毛細(xì)管將不會(huì)形成彎月面，因此消除了自生收縮?；炷翝仓跄?，用塑料薄膜將其覆蓋嚴(yán)實(shí)，保持水分和熱量。另外，還需要合理設(shè)置溫度測(cè)試點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)控及時(shí)掌握混凝土溫度動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)調(diào)整溫控措施。

3.結(jié)論

大體積混凝土開(kāi)裂是困擾建筑業(yè)多年的質(zhì)量通病，然而在其設(shè)計(jì)之初，專(zhuān)業(yè)人員已經(jīng)計(jì)算過(guò)荷載量，所以其受作用外力產(chǎn)生開(kāi)裂的可能性不大。因此，水泥水化釋熱產(chǎn)生的溫度變化以及混凝土收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力則成為其開(kāi)裂的主要因素，這是大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中必須解決的問(wèn)題。保證大體積混凝土不開(kāi)裂是一項(xiàng)重要的技術(shù)課題，還需要更多的理論和實(shí)踐來(lái)進(jìn)行探討，在施工中必須堅(jiān)持科學(xué)的態(tài)度，因地制宜，切勿生搬硬套。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]張潞斌.大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及防治措施[J].山西建筑，2008，34（8）：164.

[2]韋祝.淺談混凝土的施工溫度與裂縫[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009，（15）：13.

[3]拉毛措.淺談橋梁大體積混凝土裂縫施工控制方法[J].華章，2008，（8）：149.

[4]邵彩軍.淺談大體積混凝土溫度裂縫控制措施[J].山西建筑，2008，34（1）：150.