建筑施工中大體積混凝土裂縫的成因機(jī)理及對(duì)策

中天建設(shè)集團(tuán)有限公司

摘要：大體積混凝土施工是建筑施工過程中的重要環(huán)節(jié)，如何有效控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，是當(dāng)前混凝土工程的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文從大體積混凝土裂縫的類型及其產(chǎn)生的影響出發(fā)，分析了大體積混凝土裂縫的成因機(jī)理，并對(duì)如何防止大體積混凝土裂縫大出現(xiàn)提出了一些有征對(duì)性的措施，望對(duì)今后大體積混凝土施工的順利開展起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；應(yīng)力；抗拉強(qiáng)度

1.引言

近幾年，伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，建筑行業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，混凝土也一躍成為當(dāng)代人們生活密不可分的建筑材料。混凝土結(jié)構(gòu)是建筑工程施工中比較常用的施工結(jié)構(gòu)類型，與磚石砌體結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)相比，雖然距今只有約150年歷史，但發(fā)展卻很快，在水利工程設(shè)施以及道路交通工程等施工建設(shè)中也已得到了廣泛應(yīng)用。隨著混凝土施工技術(shù)的發(fā)展提高，以及工程施工建設(shè)發(fā)展需求的增大，大體積混凝土施工技術(shù)在實(shí)際施工建設(shè)中的應(yīng)用也越來越普遍。大體積混凝土在工程施工建設(shè)的實(shí)際應(yīng)用中，具有比較突出的優(yōu)勢(shì)，不僅施工操作比較簡(jiǎn)便，并且施工成本控制容易、結(jié)構(gòu)承載力比較大、施工質(zhì)量相對(duì)比較高。但是，在具有比較突出施工應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，大體積混凝土在施工過程中也容易出現(xiàn)一些施工裂縫問題，對(duì)于整個(gè)施工建設(shè)工程的安全與質(zhì)量有著不同程度的影響。

2.大體積混凝土的定義、大體積混凝土裂縫的類型及影響

大體積混凝土是指：體積較大，表面系數(shù)較小，水泥水化熱釋放集中，內(nèi)部溫升比較快，結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm 以上，實(shí)體最小尺寸不大于或等于1米，同時(shí)水熱化引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計(jì)超過25℃的混凝土。其施工條件復(fù)雜、結(jié)構(gòu)體重大、技術(shù)要求高，容易產(chǎn)生溫度變形，進(jìn)而容易產(chǎn)生裂縫。

大體積混凝土裂縫劃分的依據(jù)不同，其對(duì)應(yīng)的具體裂縫類型也不相同。工程施工建設(shè)中大體積混凝土裂縫的深度情況是常見的劃分依據(jù)，據(jù)此可以將大體積混凝土裂縫類型分為表面裂縫以及深層裂縫、貫穿裂縫三種裂縫類型。

現(xiàn)代建筑裂縫是無處不在且不可避免的。通常情況下混凝土微裂不會(huì)對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)承重、防滲等功能造成實(shí)質(zhì)性的危害，但受荷載和溫差等作用的影響，裂縫在不斷擴(kuò)展和連通之后形成較大的裂縫，就容易使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鋼筋材料腐蝕，降低了混凝土的承載能力、耐久能力、抗?jié)B能力，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性、安全性、穩(wěn)定性造成了危害。因此在大體積混凝土施工過程中要盡量采取各種手段把建筑出現(xiàn)裂縫的機(jī)會(huì)降到最小，從而保證把危害程度控制在一定范圍內(nèi)。

3.建筑施工中大體積混凝土裂縫的成因機(jī)理

3.1配合比不當(dāng)

由水、水泥、砂石骨料以及各種外加劑形成的大體積混凝土，其配合比的合理程度、現(xiàn)場(chǎng)條件、環(huán)境條件等各種外界條件的影響等對(duì)大體積混凝土裂縫的防止具有重要意義。大體積混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度和濕度時(shí)難以控制的，嚴(yán)重影響了水泥的水化熱，給混凝土配合比的合理配置增加了很大的難度，例如粗骨料級(jí)配不連續(xù)、數(shù)量不夠引起裂縫；摻入過多水分，砂率及水灰比不當(dāng)使混凝土產(chǎn)生離析浮漿的現(xiàn)象；水泥水灰比值過大引起的計(jì)量偏差，造成混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象；堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生裂縫等。

3.2水泥水化熱的影響

結(jié)合大體積混凝土的施工特點(diǎn)，我們可知通常情況下大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)過程中，混凝土材料中對(duì)于水泥材料的使用數(shù)量比較多，使得大體積混凝土在施工過程中水化熱釋放集中，且難以散發(fā)出去，再加上施工截面比較大，混凝土結(jié)構(gòu)的表面系數(shù)相對(duì)也比較小，因此混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件有很多不同，從而就容易造成內(nèi)部升溫較快，中心溫度很高，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(shí)，就容易引發(fā)混凝土施工結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂縫問題。

3.3混凝土收縮的影響

混凝土收縮是指混凝土在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象，主要在干熱或者大風(fēng)的天氣中發(fā)生。其初期原因主要是由于混凝土沒有及時(shí)覆蓋或者水灰比過大、水泥用量過多等，使得水泥在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生體積變化，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。

3.4外界氣溫濕度變化的影響

一方面，在大體積混凝土澆筑過程中，外界濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮，導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生。另一方面，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的，因此大體積混凝土裂縫產(chǎn)生受外界氣溫變化影響較大，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）大體積混凝土澆筑溫度與外界澆筑溫度成正比。2）外界溫度較低引起大體積混凝土內(nèi)外溫度梯度變大。3）溫度下降速度過快引發(fā)大的溫度應(yīng)力。

3.建筑施工中大體積混凝土裂縫對(duì)策

3.1原材料的控制

3.1.1水泥的控制

作為大體積混凝土施工的基礎(chǔ)材料，水泥品種及規(guī)格的選擇需十分慎重?？紤]到大體積混凝土體積大、表面系數(shù)較小、水泥水化熱釋放集中、內(nèi)部溫升比較快等特點(diǎn)，在水泥的選擇的上我們需遵循如下幾個(gè)原則：1）大體積混凝土施工水泥用量較大，水泥在水化過程中釋放大量熱量，再加上混凝土施工截面比較大，表面系數(shù)相對(duì)也比較小，容易造成內(nèi)部升溫較快，形成溫度梯度，引發(fā)混凝土施工結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂縫問題，所以首先應(yīng)考慮選取低水化熱的水泥。2）礦渣水泥混凝時(shí)間較長(zhǎng)，早期化學(xué)收縮較大，早強(qiáng)型水泥水化時(shí)間較短，熱量釋放較快，造成內(nèi)外溫差大，所以應(yīng)盡可能避免選擇這兩種水泥。3）為了提高大體積混凝土的抗裂能力，要盡量選擇具有一定膨脹性的水泥作為混凝土配制的材料。4）水泥的細(xì)度會(huì)影響水化熱的放熱的速率，因此要盡量使水泥的細(xì)度適量減少。

3.1.2外加料和外加劑的控制

外加劑、外加料是大體積混凝土不可缺少的原材料之一，對(duì)于預(yù)防大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生也有不可忽視的重要作用。例如在大體積混凝土中加入適量緩凝劑，使混凝土水化更加均和安全；在混凝土的配制材料中摻用粉煤灰，可減少水泥用量，降低膠凝材體系的水化熱，提高大體積混凝土的抗?jié)B作用，從而達(dá)到降低水化熱的目的；摻加適量的減水劑，能提高水泥水化率，有效地增加混凝土的流動(dòng)性，增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度，明顯延緩水化熱釋放速度；添加適當(dāng)?shù)墓璺?，提高混凝土的抗沖磨抗腐蝕能力，以幫助提高混凝土的抗裂作用。

3.2精心設(shè)計(jì)混凝土配合比。

為了保證大體積混凝土配置的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，要嚴(yán)格把控相關(guān)材料的配合比，特別是注意控制好混凝土配制中水的使用量，盡可能地降低混凝土的單位用水量，設(shè)計(jì)時(shí)可以遵循采用“三低、二摻、一高”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，做好混凝土的配制。

3.3溫度控制

大體積混凝土的裂縫，特別是表面裂縫，主要是由于內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生的，我們可以從大體積混凝土的入模溫度和澆筑溫度兩個(gè)方面來控制考慮?？刂拼篌w積混凝土入模溫度方面我們應(yīng)注意出機(jī)溫度、運(yùn)輸工具、運(yùn)距、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)、施工氣候等相關(guān)因素，特別是夏季施工時(shí)要做好混凝土通風(fēng)、隔熱防護(hù)、降低骨料溫度等措施，以減小混凝土的內(nèi)外溫差；控制澆筑溫度方面，我們要把握好恰當(dāng)?shù)臐仓r(shí)間，特別是當(dāng)混凝土從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥誀顟B(tài)時(shí)，澆筑溫度越低則越少出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

3.4混凝土的養(yǎng)護(hù)

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，其目的主要是為了保持適宜的溫度和濕度，以便促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展，防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。具體的實(shí)際操作中我們可以采用預(yù)理冷卻管降低內(nèi)部溫度、混凝土頂面及時(shí)加以覆蓋和保濕等方法。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，作為建筑工程施工建設(shè)中常見的施工問題，大體積混凝土裂縫對(duì)于工程結(jié)構(gòu)整體的安全性、穩(wěn)定性都有著一定的影響和作用。有關(guān)部門應(yīng)提高對(duì)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及控制措施重要性的認(rèn)識(shí)，提高大體積混凝土的施工技術(shù)水平，避免裂縫問題發(fā)生。

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