大體積混凝土裂縫的主要原因及預(yù)防

彭輝境

廈門市珉發(fā)建筑工程有限公司（361000）

大體積混凝土裂縫的主要原因及預(yù)防

彭輝境

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這里主要分析了裂縫產(chǎn)生的原因，提出了有效防止大體積混凝土裂縫的預(yù)防措施。

大體積混凝土；裂縫；原因；預(yù)防措施

1 大體積混凝土裂縫形成的一般原因

從建筑結(jié)構(gòu)特征分析，裂縫形成的一般原因總的可分為兩類：結(jié)構(gòu)型及材料型裂縫。結(jié)構(gòu)型裂縫是由外部荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計算中的主要應(yīng)力及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力所造成的受力裂縫。二是材料本身的裂縫，是由非受力變化引起的，主要是由于環(huán)境氣候的變化，即溫差應(yīng)力和混凝土收縮引起的開裂。在此主要探討材料本身的裂縫。

1.1 溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫

現(xiàn)在對溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫一般認為是由溫差產(chǎn)生的應(yīng)力造成的。溫差可以分為三種情況：首先在混凝土澆筑初期，在水化過程中產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，水化熱積聚在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)出去，尤其是體積較大混凝土內(nèi)部溫度急聚上升，而結(jié)構(gòu)混凝土外部溫度為當時的環(huán)境溫度，這時形成了內(nèi)外溫差，這種內(nèi)外溫差在混凝土凝結(jié)初期產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土當時的抗壓強度時，就會導(dǎo)致混凝土開裂；另外，在混凝土拆模前后，表面溫度降速很快，造成了表面溫度驟降，也會產(chǎn)生混凝土開裂；同樣當混凝土內(nèi)部溫度達到最高階段，熱量逐漸散發(fā)而降至正常環(huán)境溫度時，其與最高溫度的差值即是內(nèi)部溫差。這三種溫差都會造成混凝土的開裂,在這三種溫差中，由水化熱引起的內(nèi)外溫差影響危害程度最嚴重。

1.2 收縮引起的裂縫

收縮在很多情況下都會發(fā)生,而且有很多種類，常見的有干燥收縮、塑性收縮、自身收縮及碳化收縮等，在此淺要分析干燥收縮和塑性收縮。

1）干燥收縮：混凝土硬化后，在干燥的環(huán)境中，混凝土內(nèi)部的水分逐漸析出,內(nèi)部游離水的減少，使孔隙壁減少壓力，引起混凝土由外向內(nèi)的干燥變形開裂。

2）塑性收縮：水泥遇水后活性增大，拌和物溫度較高,或是在水灰比較低的條件下會加快引起開裂。因為此時混凝土的泌水明顯減少，表面大量蒸發(fā)的水分不可能得到充分滿足，而且混凝土還處于塑性狀態(tài)，略為出現(xiàn)一點拉力，混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不勻的龜裂縫，當裂縫產(chǎn)生以后，混凝土內(nèi)部的蒸發(fā)會加快速度，使裂縫寬度、深度進一步劣化。

2 預(yù)防裂縫的一般措施

從上述分析中知道，材料型裂縫主要是由溫度及收縮原因引起的,為了有效防止裂縫的產(chǎn)生，采取切實有效的措施降低溫差裂縫是極其重要的。

1）水泥選擇。由于溫度是由于水泥在遇水后產(chǎn)生的水化熱所致，為了減少溫度差盡量降低水化熱是關(guān)鍵。降低水化熱的核心是采用早期水化熱低的水泥。由于水泥的水化熱是礦物成分與細度的函數(shù)關(guān)系，要降低水泥的水化熱關(guān)鍵是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥顆粒的細度模數(shù)，現(xiàn)在硅酸鹽水泥的礦物組成主要是：C3S、C2S、C3A和C4AF,試驗表明水泥中鋁酸三鈣（C3A）和硅酸三鈣（C3S）的含量高，水化熱也高，所以為了降低水泥的水化熱，必須降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工過程中的控制在水泥選用時，一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣硅酸鹽水泥。同時在不影響水泥活性的情況下，要盡量選擇使用細度適當較小的水泥，因為水泥的細度會直接影響水化熱的放熱速度，試驗資料顯示水泥表比面積每增加100 cm2/g時，其1 d的水化熱增加17～21 J/g，7 d和21 d均增加4～12 J/g。

2）摻加粉煤灰。為了減少水泥用量，主要是降低水化熱和施工所需要的和易性，近年來所采取的措施是摻加一定量的粉煤灰代替水泥，以達到綜合效益目的。

由于粉煤灰中含有一定的硅鋁氧化合物，其中二氧化硅含量在40%～60%，三氧化硅含量在18%～35%，這些硅鋁氧化合物可以與水泥的水化產(chǎn)物進行二次反應(yīng)，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而降低水泥用量，也是在不影響強度前提下降低水化熱。同時因粉煤灰的顆粒較細，能夠參于二次反應(yīng)的界面相應(yīng)增加,在混凝土中分散比較均勻。另外粉煤灰的火山灰反應(yīng)進一步改善了混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，使混凝土中的總孔隙率降低，孔隙結(jié)構(gòu)更加細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加密實，相應(yīng)收縮率也減少。

需要說明的是,由于粉煤灰的比重比水泥要小，在澆筑振搗過程中比重小的粉煤灰會容易浮在混凝土的表面,造成上層混凝土中總孔隙率的降低，表面容易出現(xiàn)塑性裂縫，因此，粉煤灰的摻量要適宜，必須根據(jù)工程結(jié)構(gòu)實際進行試配而確定用量。

3）粗細骨料的選擇。①粗骨料盡量擴大其粒徑，因為粗骨料的粒徑越大,級配越好，則孔隙率越小，總表面積也越小；每立方體用水泥砂漿量和水泥用量就越少，水化熱也隨之降低，對防止裂縫的產(chǎn)生有利。②細骨料宜選擇級配良好的中砂或中粗砂，最好還是用中粗砂。因為其孔隙率最小，總表面積也小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱也低，裂縫會減少。另外由于要控制砂的含泥量，因含泥量越大則收縮變形量也大，裂縫產(chǎn)生更加嚴重。因此，對于細骨料的含泥量不要超過2%為宜。

4）外加劑選擇?；炷镣鈸胶狭峡梢詼p少其收縮開裂，其不同外加劑的影響因素是：①減水劑對混凝土的影響：減水劑的主要作用是改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土強度或在保持混凝土一定強度時能減少水泥用量，而水灰比的降低和水泥用量的減少，對防止裂縫是極其重要的。②緩凝劑對混凝土的影響：緩凝劑的主要作用是延緩混凝土釋放水化熱峰值的出現(xiàn)時間，由于混凝土的強度會隨著齡期的增加而提高，所以，延緩放熱峰值出現(xiàn)時混凝土已經(jīng)有了一定的強度，從而減少裂縫產(chǎn)生的機率；另外改善拌合物的和易性，減少拌合物在入模前的坍落度損失。③引氣劑對混凝土的影響：引氣劑在混凝土的應(yīng)用對改善混凝土的和易性、可泵性和提高耐久性十分重要。在很大程度上增大混凝土的抗裂性能。需要特別注意的是外加劑的摻量不能過多，否則會引起負面影響。還要重視同水泥的相容性問題。在外加劑應(yīng)用規(guī)范GB 8076中規(guī)定,摻有外加劑的混凝土28 d的收縮比不得大于135%,即摻有外加劑的混凝土收縮比基準混凝土的收縮不得大于35%。

3 施工過程的質(zhì)量控制

1）混凝土的拌制控制。無論是集中攪拌商品混凝土，還是現(xiàn)場自行攪拌的混凝土，在混凝土的拌制過程中，必須嚴格控制原材料的計量，同時必須嚴格控制混凝土的出機坍落度。要盡量降低混凝土拌合物的出機口溫度，拌合物降溫可以采取的措施是送冷風對拌合材料冷卻，還可以采取加冰塊方法降溫。

2）混凝土的澆筑控制。混凝土的澆筑過程控制，澆筑過程中必須分層進行并分層振搗。振搗時間以每個振點振至表面不再向上泛漿為止，此時振動棒慢慢拔出無孔穴；插入振動棒間距要均勻,振動力波及范圍以重疊1/2為宜。澆筑完畢后表面必須刮平抹壓，以防止表面產(chǎn)生裂縫。要重視上下層混凝土的結(jié)合，避免縱向形成施工縫，提高結(jié)構(gòu)整體性和抗剪能力。對澆筑時間進行控制，盡量避免在太陽輻射最高階段澆筑混凝土，采取早晨及避開中午時間澆筑。還要對拆摸時間嚴格控制，落實養(yǎng)護條件及方法,必須充分補充水分使結(jié)構(gòu)件充分水化，尤其是立面更是養(yǎng)護的薄弱環(huán)節(jié)。對于構(gòu)件的拆摸時間嚴格按規(guī)范規(guī)定執(zhí)行，不允許提前拆除模板。

3）做好表面隔熱保護。對于體積較大混凝土的溫度裂縫，主要是由于內(nèi)外溫差過大而引起?；炷翝仓笥捎趦?nèi)部散熱緩慢,會形成內(nèi)外溫差梯度，表面溫度低產(chǎn)生收縮受到內(nèi)部約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力，但是這種拉應(yīng)力通常比較小，不至于超過混凝土的抗拉強度而產(chǎn)生裂縫。此時如果受到冷空氣的侵入,使表面降溫速度過快很容易造成裂縫的產(chǎn)生，所以在混凝土拆除模后，特別是在低溫季節(jié)，拆除模后要立即采取保溫措施。目的是防止降溫過快而產(chǎn)生收縮裂縫。按照施工及驗收規(guī)范要求，當環(huán)境溫度5 d連續(xù)為5℃時,在養(yǎng)護期間的混凝土必須進行保溫保護。

4）混凝土的養(yǎng)護?；炷猎跐仓瓿珊?，應(yīng)隨即在表面覆蓋塑料薄膜,以防止水分蒸發(fā)，并在8 h以內(nèi)對表面進行灑水保濕養(yǎng)護。這樣及時覆蓋既隔斷了外界高溫的浸蝕，又防止水分流失造成的干縮裂縫，促進混凝土可以正常進行水化反應(yīng)。建筑房屋工程的養(yǎng)護時間多數(shù)在7 d左右，而水工結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物的養(yǎng)護時間為28 d。

5）通水冷卻降溫。如果是在高溫季節(jié)澆筑混凝土，則要在初期采取通制冷水來降低混凝土最高溫度峰值，需要注意的是通水時間不能過長，因為時間過長會造成降溫幅度過大而引起較大溫度應(yīng)力。為了降低內(nèi)外溫差,在夏末秋初進行中期通水冷卻，中期通水冷卻用自來水方便適宜，以達到降溫不產(chǎn)生裂縫的目的。

4 結(jié)語

綜上所述，大體積混凝土的裂縫是困擾業(yè)內(nèi)專業(yè)人士的一個學(xué)術(shù)難題，也是一個必須認真解決的大問題。通過工程應(yīng)用的分析總結(jié)，大體積混凝土的材料型裂縫主要是由于溫度應(yīng)力和混凝土收縮引起的，從我們施工的珉發(fā)綜合大樓和福祥禮服改擴建等工程應(yīng)用實踐及經(jīng)驗分析，在構(gòu)造設(shè)計上精心考慮，對原材料認真選擇，在施工中采取合理的方法及控制措施,同時加強過程中的監(jiān)督管理，只有層層把關(guān)嚴格工序管理，才能有效預(yù)防裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

[1]王宗昌.建筑工程質(zhì)量精細化控制與防治措施[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013,12.