大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析和預(yù)防措施

董獻(xiàn)國(guó)　胡曉曼

摘 要：混凝土，是建筑施工過程中不可缺少的原材料之一，其能夠直接影響到建筑施工最終的使用質(zhì)量和使用價(jià)值。但是近年來，出現(xiàn)的混凝土裂縫問題越發(fā)明顯，直接影響到建筑工程的使用質(zhì)量和壽命，乃至于整個(gè)建筑行業(yè)的健康有序發(fā)展情況。所以，急需解決此類問題。為了有效的控制此類問題的發(fā)生，文章就混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工管理進(jìn)行分析，并結(jié)合相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)產(chǎn)生大體積混凝土裂縫的原因，提出正確的解決和預(yù)防措施，具體的研究?jī)?nèi)容均報(bào)道如下。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫問題；預(yù)防策略；技術(shù)分析

近年來，國(guó)家增加了對(duì)于相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資力度，如高速公路、高速鐵路、民航機(jī)場(chǎng)、大型水利工程等，大體積混凝土的設(shè)計(jì)和施工，在多個(gè)建筑領(lǐng)域越來越多的被應(yīng)用，而且主要應(yīng)用于主受力部分，即主要結(jié)構(gòu)部分。隨著大體積混凝土的廣泛應(yīng)用，暴露出來的變得更為多樣化、復(fù)雜化，而表現(xiàn)最為明顯的莫過于混凝土裂縫問題。一般理解為混凝土設(shè)計(jì)斷面較大或者是混凝土的設(shè)計(jì)體積較大的，我們均作為大體積混凝土。

目前，我國(guó)對(duì)大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因，在由于機(jī)械荷載引起的開裂問題研究得較為透徹，已經(jīng)基本趨于成熟。而對(duì)于由混凝土澆筑過程中，水泥水化熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力引起的裂縫研究尚不充分。我們應(yīng)對(duì)此加以重視，防止裂縫問題的產(chǎn)生。裂縫控制，集中于大型水利工程、港口與碼頭工程、市政工程、高層建筑的深基礎(chǔ)底板等多個(gè)建筑領(lǐng)域。本文將結(jié)合大體積混凝土工程的設(shè)計(jì)和施工階段的具體特性，現(xiàn)實(shí)中遇到的問題，在施工過程中應(yīng)該采取的具體措施。

1 大體積混凝土裂縫原因

大體積混凝土，其在結(jié)構(gòu)上有自身的特點(diǎn)，即混凝土屬于脆性材料，主要力學(xué)性能表現(xiàn)出剛性，抗壓能力較強(qiáng)，抗拉能力較差，經(jīng)過實(shí)際工程觀察和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，混凝土抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/10左右，在設(shè)計(jì)時(shí)我們主要利用混凝土的抗壓性能。大體積混凝土的斷面尺寸和實(shí)體體積較大，構(gòu)件中使用水泥的用量也較大，由于水泥在硬化過程中，當(dāng)水泥、水二者在一定情況下發(fā)生了反應(yīng)之后，其就會(huì)出現(xiàn)水化熱現(xiàn)象，在這樣的情況下就會(huì)直接造成混凝土內(nèi)部升溫的現(xiàn)象。在其后對(duì)混凝土進(jìn)行降溫的時(shí)候，也會(huì)受到約束條件的影響，進(jìn)而產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，我們僅僅在其表面位置配置鋼筋（很少的一部分），甚至還有一些我們根本不進(jìn)行鋼筋的配置，所以混凝土需要對(duì)拉應(yīng)力進(jìn)行有效的承擔(dān)。

1.1 水泥水化熱

在混凝土發(fā)生硬化的時(shí)候，其會(huì)出現(xiàn)水泥、水之間的熱度情況，我們稱之為水化熱，該熱量主要在混凝土的硬化過程中，時(shí)間以7d最為常見，大約1g水泥其所能夠釋放的熱量在500焦耳浮動(dòng)。所以，由此便可以說明，越大體積的混凝土，其熱量就會(huì)越大。混凝土內(nèi)外部的溫度出現(xiàn)了梯度差，所以產(chǎn)生的壓力就更為明顯，一旦壓力超過所能夠承受的極限，就會(huì)出現(xiàn)多種類型的裂縫情況。

1.2 混凝土收縮

所謂混凝土干縮，實(shí)質(zhì)上就是當(dāng)其受到空氣影響從而出現(xiàn)凝固后，會(huì)出現(xiàn)體積異常減小的情況，就是干縮。由于自身在從澆注到終凝的過程中產(chǎn)生的變形，受到外部約束時(shí)，將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。

1.3 外界溫度環(huán)境變化

在進(jìn)行大體積混凝土施工的過程中，外界的氣溫，在一定程度上會(huì)避免混凝土的裂縫情況。而內(nèi)部溫度主要由幾部分構(gòu)成：澆筑溫度、水泥水化溫度、散熱溫度等等。而其和外界溫度有著之間聯(lián)系的，主要是澆筑溫度。外界的氣溫與澆筑的溫度二者呈現(xiàn)正比例關(guān)系，即外界氣溫上升，澆筑溫度也會(huì)上升。反之，一旦外界溫度出現(xiàn)了下降的情況，那么混凝土的內(nèi)外溫度梯度就會(huì)變得越發(fā)明顯。最終，在溫度應(yīng)力的情況下，出現(xiàn)了混凝土裂縫問題。

2 大體積混凝土裂縫的預(yù)防控制策略

2.1 控制水泥品種、用量

在不斷的實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，之所以會(huì)出現(xiàn)混凝土裂縫情況，其很大一部分原因是水泥水化過程中釋放的熱量，熱量異常較大。因此，在大體積混凝土施工過程中，我們要合理的選擇水泥的品種，不同品種水泥的水化熱是不同的。水泥水化熱的大小、速度，均與其內(nèi)礦物成分有著直接的聯(lián)系。具體分析水泥礦物中的相關(guān)成分，包括鋁酸三鈣（發(fā)熱速率以及量最大）、硅酸二、三、四鈣。水泥水化熱的大小與水泥顆粒的粗細(xì)程度有關(guān)，水泥越細(xì)發(fā)熱速率越快，水化熱對(duì)裂縫所能夠產(chǎn)生的影響也是越為明顯的。所以，進(jìn)行施工的過程中，要以礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥為主。水泥品種是一個(gè)方面，同時(shí)我們要盡量的減少混凝土中水泥的實(shí)際用量，這樣能直接減少水化熱產(chǎn)生的熱量，但要在合理范圍內(nèi)，避免由于水泥用量過低，造成構(gòu)件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度減小，造成結(jié)構(gòu)安全隱患。

2.2 摻加摻合料和外加劑

眾所周知，我們平常使用的商品混凝土中，生產(chǎn)廠家會(huì)摻加一定的粉煤灰，粉煤灰的摻加會(huì)對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行改善。在混凝土中加入了一些粉煤灰后，能夠起到雙重的應(yīng)用效果，即提高和易性、抗?jié)B能力；增加其密實(shí)度。粉煤灰作混凝土的摻合料，能夠降低由于升溫所引起的水熱化反應(yīng)，從而降低或者規(guī)避裂縫情況的發(fā)生。而且該方法經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，材料來源廣泛。除此之外，還可以通過選擇適當(dāng)類型的外加劑來改善或者緩解混凝土水化熱引起的變形裂縫。通常會(huì)使用一定量的UFA膨脹劑，它可以等量替換水泥，但造價(jià)較高。該膨脹劑會(huì)使混凝土出現(xiàn)膨脹情況，而此現(xiàn)象不但能夠強(qiáng)化混凝土的密實(shí)度效果，還可以增加混凝土內(nèi)部壓力。還有一種，就是減水緩凝劑，其能夠在科學(xué)配比后，降低混凝土坍落度問題，對(duì)于日后的施工也具有積極的影響，最終成功降低混凝土裂縫損失。

2.3 骨料的選擇與控制

如果施工部位或者構(gòu)件允許，在骨料的選擇上應(yīng)該選取顆粒比較大的碎石，碎石的強(qiáng)度要高，同時(shí)要合理搭配，使碎石骨料有科學(xué)合理的連續(xù)級(jí)配。使大體積混凝土達(dá)到較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少大體積混凝土凝結(jié)過程中的干縮變形，預(yù)防混凝土裂縫問題。

2.4 優(yōu)化大體積混凝土設(shè)計(jì)

大體積混凝土一般用于建筑物或構(gòu)筑物基礎(chǔ)等，其主要利用混凝土的抗壓性能，因此大體積混凝土不布置鋼筋或者布筋較少，是為了增強(qiáng)混凝土的抗拉性能，減少裂縫的出現(xiàn)。在裂縫易發(fā)生部位，如孔洞周圍以及轉(zhuǎn)角處布置一些鋼筋，讓鋼筋代替混凝土承擔(dān)拉應(yīng)力，這樣會(huì)使工程成本稍微加大，但是這樣對(duì)工程的施工質(zhì)量和構(gòu)件的強(qiáng)度會(huì)有大大的提高，可以有效的控制裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展。其次，結(jié)合大體積混凝土在整個(gè)工程的部位和起到的作用，在力學(xué)、結(jié)構(gòu)安全能滿足使用要求的前提下，合理安排和布置變形縫，這樣可以非常有效的防止伸縮裂縫，減小大體積混凝土的個(gè)體體積，從總體上減小了個(gè)體的水泥水化熱的熱量。同時(shí)，減少混凝土保護(hù)層厚度等也可以在一定程度上減少裂縫的產(chǎn)生。

2.5 施工階段裂縫的預(yù)防和控制

混凝土施工包括混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑、環(huán)境溫度、后期混凝土的養(yǎng)護(hù)方法和養(yǎng)護(hù)措施等，是保護(hù)大體積混凝土溫度裂縫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。夏季施工是在溫度較高的情況下進(jìn)行施工，再加上水泥水化熱對(duì)混凝土的影響，使得溫度變形尤為突出，為了減少溫度對(duì)混凝土的影響，我們要盡量降低混凝土的澆筑溫度。采取的具體措施，在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)砂、石原材料用篷布覆蓋，避免陽(yáng)光照射使溫度過高，同時(shí)也可以去除表層材料，用下面溫度較低的材料。攪拌混凝土?xí)r盡量使用溫度較低的水，以上所提及到的相關(guān)措施，均可降低溫度變形問題。

在進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)的過程中，混凝土表面應(yīng)該覆蓋較厚的保溫保水的材料進(jìn)行保溫，根據(jù)天氣情況和覆蓋材料的濕潤(rùn)程度，及時(shí)灑水進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，使外界高溫對(duì)混凝土的凝固過程盡量不產(chǎn)生過大的影響，避免表面裂縫、突發(fā)性降溫裂縫以及濕度裂縫等相關(guān)性的裂縫問題。

2.6 混凝土裂縫檢查與處理

想要成功的降低混凝土裂縫問題，必須從預(yù)防工作開始抓起，所以需要從最基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作著手，然后對(duì)其施工進(jìn)行合理的規(guī)劃。大到三峽工程大壩中，小到一般基礎(chǔ)都出現(xiàn)過裂縫。根據(jù)裂縫的深度和危害性，大體積混凝土的裂縫有很多種的形式，其中最常見的包含三種，即：表面裂縫；深層裂縫；貫穿裂縫。一些表面上出現(xiàn)的裂縫，其并不會(huì)對(duì)整體的結(jié)構(gòu)以及使用性能造成嚴(yán)重的影響，所以針對(duì)此類裂縫無需進(jìn)行相對(duì)特殊的處理。而對(duì)于嚴(yán)重影響到使用質(zhì)量的裂縫問題，例如深層裂縫、貫穿裂縫，我們可以通過鑿除裂縫的方法來加以解決，其中使用的工具主要包括風(fēng)鎬、風(fēng)鉆等，對(duì)裂縫部位進(jìn)行鑿除，并在鑿除完畢后再次進(jìn)行混凝土澆筑處理。

3 結(jié)語

從上文來看，在實(shí)際施工的過程中大體積混凝土很容易產(chǎn)生裂縫，可是對(duì)其進(jìn)行全過程管理能夠成功降低裂縫問題，我們可以從設(shè)計(jì)上開始著手，然后對(duì)工藝以及材料的選擇和維護(hù)上加以強(qiáng)化，降低可能影響裂縫的相關(guān)因素，保證工程的質(zhì)量。

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