大體積混凝土裂縫成因及防控措施

張德恒，劉琳 （泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 泰安 271000）

0 引 述

隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步和提高，大體積混凝土越來越多的應(yīng)用在現(xiàn)代建筑中，如高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等。大體積混凝土具有形體復(fù)雜、配筋較密、施工技術(shù)和施工組織復(fù)雜、水化熱作用影響大的特點(diǎn)，在施工和使用過程中易產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重的會(huì)影響建筑物的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。對(duì)大體積混凝土裂縫的成因和防控措施進(jìn)行研究探索，已經(jīng)成為設(shè)計(jì)施工中的一項(xiàng)重要課題。

1 大體積混凝土裂縫的成因

1.1 溫度應(yīng)力引起的裂縫

水泥在水化過程中要產(chǎn)生大量的熱量，每立方米混凝土能產(chǎn)生17500kJ～27500kJ的熱量，且大部分在混凝土澆筑后的7d內(nèi)釋放。由于大體積混凝土體積大，大量的水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，使混凝土內(nèi)部的溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成了較大的內(nèi)外溫差。較大的溫差造成混凝土內(nèi)部和外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形。溫差越大，溫度應(yīng)力也越大，當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時(shí)，便開始產(chǎn)生溫度裂縫。這是大體積混凝土易產(chǎn)生裂縫的主要原因。

另外，施工期間外界氣溫的變化對(duì)大體積混凝土的裂縫形成也有較大影響。外界溫度下降，尤其是驟降，會(huì)大大增加外層混凝土與混凝土內(nèi)部的溫度梯度，產(chǎn)生溫差應(yīng)力，造成大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。因此控制混凝土表面溫度與外界氣溫溫差，也是防止裂縫的重要一環(huán)。

1.2 收縮變形引起的裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過程中會(huì)導(dǎo)致其體積的收縮，對(duì)于大體積混凝土，這種收縮更加明顯。當(dāng)混凝土收縮產(chǎn)生的應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。常見的收縮裂縫有自身收縮裂縫、塑性收縮裂縫、干燥收縮裂縫。

自身收縮是混凝土收縮的主要來源，它是因?yàn)樗嗨乃衷斐赡z孔的液面下降形成彎月面，產(chǎn)生所謂的自干燥作用，導(dǎo)致混凝土體的相對(duì)濕度降低及體積減小而最終自身收縮，從而產(chǎn)生收縮裂縫。水灰比對(duì)混凝土自身收縮影響比較大，另外，自身收縮主要發(fā)生在混凝土拌合后的初期。

塑性收縮也是混凝土收縮的一個(gè)主要來源，在水泥活性大、混凝土溫度較高或水灰比較低的情況下，混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時(shí)得到補(bǔ)充，這時(shí)混凝土尚處在塑性狀態(tài)，稍微受到一點(diǎn)拉力，混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)部分不規(guī)則的裂縫。所以混凝土澆筑后要及時(shí)進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)。

1.3 沉降引起的裂縫

建筑物基礎(chǔ)、地基承載力不足產(chǎn)生的沉降變形或所受的荷載差別過大，建筑物剛度差別懸殊，在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂，稱為沉降裂縫。另外，模板剛度不足、模板支撐間距過大，或支撐底部松動(dòng)等也會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生沉降裂縫。

1.4 安定性裂縫

安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂，主要是因水泥安定性不合格引起的。

2 大體積混凝土裂縫的防控

大體積混凝土的裂縫破壞結(jié)構(gòu)的整體性，降低建筑物的耐久性和防水性，甚至影響結(jié)構(gòu)安全，危害嚴(yán)重，必須加以控制。

2.1 設(shè)計(jì)控制措施

①在大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用平衡配筋方式，對(duì)于總拉應(yīng)力大、結(jié)構(gòu)薄弱、剛度變化大等部位要適當(dāng)增加配筋率，以增大抗拉強(qiáng)度。

②在大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡可能的使大體積混凝土內(nèi)部鋼筋布置均勻，避免由于出現(xiàn)約束不同，導(dǎo)致混凝土開裂；要盡可能使結(jié)構(gòu)體型均衡，以防止剛度差異造成應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生。

③提高鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度，在大體積混凝土中宜選用螺紋鋼筋而不是光圓鋼筋，以增大粘結(jié)作用；宜用較細(xì)直徑鋼筋而不宜用較粗直徑鋼筋以增大粘結(jié)面積。

2.2 原材料的選用

2.2.1 水泥的選用

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥水化過程中釋放了大量的水化熱。因此，在大體積混凝土工程中，盡量選用低水化熱或中水化熱的水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥等。同時(shí)，盡量降低混凝土中水泥用量，減少水化熱產(chǎn)生的熱量，以降低混凝土的溫升。

2.2.2 骨料的選用

粗骨料的級(jí)配應(yīng)盡量選用連續(xù)級(jí)配，且在保證混凝土可泵性的前提下，應(yīng)選用大粒徑的骨料，以降低混凝土的溫度；細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)在2.6～2.9之間的中、粗砂，能有效減少混凝土的水泥用量與用水量，降低混凝土的溫升；同時(shí)，嚴(yán)格控制砂、石子的含泥量（石子在1%以內(nèi)，砂在4%以內(nèi)）。

2.2.3 摻加粉煤灰

粉煤灰的水化熱遠(yuǎn)小于水泥，在大體積混凝土中摻加粉煤灰，可以減少水泥用量，改善混凝土的和易性，有效降低水化熱。粉煤灰的產(chǎn)量一般為10%，也可通過試驗(yàn)確定。

2.2.4 外加劑的選用

選用緩凝減水劑，可以抑制水泥水化作用，降低水化溫升，外加劑的緩凝作用可以使水泥水化放熱速率減慢，有利于熱量消散和混凝土溫升的降低，利于防裂。

2.3 施工控制措施

2.3.1 進(jìn)行溫度控制

控制混凝土的入模溫度，最高澆筑溫度應(yīng)控制在35℃以內(nèi)?？刹捎媒禍胤ń档突炷恋臐仓囟龋饕龇ㄊ枪橇习韬锨坝美渌疀_洗，混凝土拌合用水采用冷水。再就是在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，利用冷卻水管里流動(dòng)的冷卻水帶走大體積混凝土內(nèi)部積聚的水泥水化熱，進(jìn)而控制結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的溫度。在混凝土澆筑結(jié)束之后，為使大體積混凝土的內(nèi)外溫差降低，可采用混凝土表面的保溫方法，在表面覆蓋土工布、麻袋等。

做好溫度量測(cè)和溫度監(jiān)測(cè)，隨時(shí)控制混凝土內(nèi)的溫度變化情況?；炷林行臏囟扰c混凝土表面溫度之間的差值，以及混凝土表面溫度與環(huán)境最低溫度之間的差值，均應(yīng)小于25℃。根據(jù)溫差值及時(shí)調(diào)整保溫和養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土溫度梯度和溫度不至過大，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。

2.3.2 采用合適的混凝土澆筑方法

采用分層法澆筑混凝土，分層的目的是加快水泥水化熱的散發(fā)，減少溫度應(yīng)力。分層的方法主要有全面分層法、斜面分層法和分段分層法三種。全面分層法適用于結(jié)構(gòu)平面尺寸不大的工程，斜面分層法適用于結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度大于厚度3倍的工程，分段分層法適用于厚度較小而面積或長(zhǎng)度較大的工程。分層厚度一般為0.6m～1.0m，分塊尺寸最大為30m左右。在混凝土澆筑過程中要控制好振搗時(shí)間、移動(dòng)距離、插入深度，嚴(yán)防露振及過振，確保振搗密實(shí)。

2.3.3 做好混凝土養(yǎng)護(hù)

在混凝土澆筑結(jié)束后，應(yīng)做好表面長(zhǎng)時(shí)間的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，延緩表面降溫速度，充分發(fā)揮混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”，以減低溫度應(yīng)力。夏季應(yīng)經(jīng)常灑水養(yǎng)護(hù)，以保持混凝土表面濕潤(rùn)為原則，模板上也應(yīng)經(jīng)常灑水。冬季應(yīng)采取保溫覆蓋措施，以免發(fā)生急劇的溫度梯度。

3 結(jié) 語

雖然大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因很多，但通過采取設(shè)計(jì)控制措施，合理選用原材料和外加劑，在施工中控制好混凝土溫度，采用切實(shí)可行的混凝土澆筑方法，做好養(yǎng)護(hù)工作，就一定可以使裂縫得到有效的預(yù)防和控制。

[1]李文光.初探大體積混凝土裂縫的原因及預(yù)控措施[J].四川建材，2009(5).

[2]董懷恩.試論大體積混凝土裂縫成因與預(yù)防[J].科技信息，2010(13).

[3]楊國(guó)華.論大體積混凝土施工中裂縫控制[J].施工技術(shù)，2012(5).