淺析大體積混凝土裂縫成因與防治

張曉鋒

【摘要】混凝土澆筑中的裂縫控制是一個(gè)普遍存在的難題，尤其對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)，施工時(shí)應(yīng)采取各種防范控制措施，保證混凝土的澆筑質(zhì)量，防止出現(xiàn)裂縫。本文分析了大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因，并提出了裂縫控制的技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】大體積；混凝土；裂縫；控制

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，大體積混凝土施工日益增多，而大體積混凝土施工中普遍會(huì)遇到裂縫控制問題，這是因?yàn)榛炷馏w積大，聚集的大量水化熱會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)外散熱不均勻，在受到內(nèi)外約束的情況下，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力并很可能導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，最終為工程結(jié)構(gòu)埋下嚴(yán)重質(zhì)量隱患。因此，大體積混凝土施工中應(yīng)嚴(yán)格控制裂縫產(chǎn)生和發(fā)展，以保證工程質(zhì)量。

一、 裂縫分類

裂縫就其開裂程度可分為表面的、貫穿的；就其在結(jié)構(gòu)物表面形狀可分為網(wǎng)狀裂縫、爆裂裝裂縫、不規(guī)則短裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、斜裂縫等；裂縫按其發(fā)展情況可分為穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的、能愈合的和不能愈合的；裂縫按其產(chǎn)生的時(shí)間可分為混凝土硬化之前產(chǎn)生的塑性裂縫和硬化之后產(chǎn)生的裂縫；裂縫按其產(chǎn)生的原因可分為荷載裂縫和變形裂縫。荷載裂縫是指因動(dòng)、靜荷載的直接作用引起的裂縫。變形裂縫是指因不均勻沉降、溫度變化、濕度變異、膨脹、收縮、徐變等變形因素引起的裂縫。

市政工程一般將裂縫分為貫穿縫、深層縫及表面縫3 種。

貫穿縫指貫穿全斷面的水平、鉛直縫。其中以基礎(chǔ)混凝土貫穿縫最為嚴(yán)重，它破壞結(jié)構(gòu)的整體性，如不處理將改變結(jié)構(gòu)運(yùn)用期的應(yīng)力狀況。

深層縫的表面縫寬0.2～0.4mm。此類縫多由表面縫逐漸擴(kuò)展而成，其危害程度遜于貫穿縫，一般也應(yīng)進(jìn)行處理，或僅作表面封閉處理。

表面縫占全部裂縫的絕大部分，縫窄淺，有時(shí)可自行封閉。其危害程度較小， 一般不需處理。目前此類縫很難避但亦應(yīng)重視，及時(shí)改變形成裂縫的條件，防止逐步發(fā)展成為深層裂縫。永久暴露的結(jié)構(gòu)面也要注意影響外觀，在防護(hù)措施上應(yīng)從防裂著手。

二、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因

混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等，歸納起來主要有以下幾點(diǎn)。

1、外界氣溫變化。大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對(duì)大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形而造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。同時(shí)，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達(dá)60℃-65℃，并且有較長(zhǎng)的延續(xù)時(shí)間。因此，應(yīng)采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。

2、混凝土的收縮。混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必需的，而約80%的水分要蒸發(fā)，多余水分的蒸發(fā)會(huì)引起混凝土體積的收縮。混凝土收縮的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復(fù)膨脹并幾乎達(dá)到原有的體積。干濕交替會(huì)引起混凝土體積的交替變化，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土的裂縫。影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件等。

3、約束條件。大體積混凝土與地基澆在一起，早期混凝土溫度上升時(shí)，混凝土膨脹受到地基約束會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力；當(dāng)后期溫度下降時(shí)，混凝土收縮受到地基約束便會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于混凝土的抗壓性能優(yōu)于抗拉性能，所以在受壓時(shí)一般不會(huì)出現(xiàn)裂縫，而在受拉時(shí)，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在混凝土中出現(xiàn)垂直裂縫。

三、 大體積混凝土裂縫的防控措施

3.1、設(shè)計(jì)措施

1） 精心設(shè)計(jì)混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。

2）增配構(gòu)造筋提高抗裂性能。配筋應(yīng)采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應(yīng)在0.3-0.5%之間。

3）避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中，在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施。

4）在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。

3.2 優(yōu)選原材料

3.2.1 水泥由于溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取早期水化熱低的水泥，由于水泥的水化熱是礦物成分與細(xì)度的函數(shù)，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細(xì)度模數(shù)，硅酸鹽水泥的礦物組成主要有：C3S、C2S、C3A和C4AF，試驗(yàn)表明：水泥中鋁酸三鈣（C3A）和硅酸三鈣（C3S）含量高的，水化熱較高，所以，為了減少水泥的水化熱，必須降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外，在不影響水泥活性的情況下，要盡量使水泥的細(xì)度適當(dāng)減小，因?yàn)樗嗟募?xì)度會(huì)影響水化熱的放熱速率，試驗(yàn)表明比表面積每增加100c㎡/g，1d的水化熱增加17J/g～21J/g，7d和20d均增加4J/g～12J/g.

3.2.2 骨料

①粗骨料盡量擴(kuò)大粗骨料的粒徑，因?yàn)榇止橇狭皆酱?，?jí)配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對(duì)防止裂縫的產(chǎn)生有利。

②細(xì)骨料，宜采用級(jí)配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因?yàn)槠淇紫堵市?，總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱就低，裂縫就減少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收縮變形就越大，裂縫就越嚴(yán)重，因此細(xì)骨料盡量用干凈的中粗沙。

3.3 采用合理的施工方法

3.3.1 混凝土的拌制：

①在混凝土拌制過程中，要嚴(yán)格控制原材料計(jì)量準(zhǔn)確，同時(shí)嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)塌落度。

②要盡量降低混凝土拌合物出機(jī)口溫度，拌合物可采取以下兩種降溫措施：一是送冷風(fēng)對(duì)拌和物進(jìn)行冷卻，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的溫度控制在6℃左右。

3.3.2 混凝土澆注、拆模

①混凝土澆注過程質(zhì)量控制澆注過程中要進(jìn)行振搗方可密實(shí)，振搗時(shí)間應(yīng)均勻一致以表面泛漿為宜，間距要均勻，以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜，澆注完畢后，表面要壓實(shí)、抹平，以防止表面裂縫。另外，澆注混凝土要求分層澆注，分層流水振搗，同時(shí)要保證上層混凝土在下層初凝前結(jié)合緊密。避免縱向施工縫、提高結(jié)構(gòu)整體性和抗剪性能。

②澆注時(shí)間控制盡量避開在太陽輻射較高的時(shí)間澆注，若由于工程需要在夏季施工，則盡量避開正午高溫時(shí)段，澆注盡量安排在夜間進(jìn)行。

③混凝土拆模時(shí)間控制混凝土在實(shí)際溫度養(yǎng)護(hù)的條件下，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上，混凝土中心與表面最低溫度控制在25℃以內(nèi)，預(yù)計(jì)拆模后混凝土表面溫降不超過9℃以上允許拆模。

3.3.3 養(yǎng)護(hù)混凝土澆注完畢后，應(yīng)及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤(rùn)，這樣既減少外界高溫倒罐，又防止干縮裂縫的發(fā)生，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的穩(wěn)定增長(zhǎng)。一般在澆注完畢后12～18h內(nèi)立即開始養(yǎng)護(hù)，連續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28d或設(shè)計(jì)齡期。

結(jié)論：以上對(duì)大體積混凝土的裂縫進(jìn)行了理論的初步探討，雖然學(xué)術(shù)界對(duì)于混凝土裂縫的成因和預(yù)防方法有不同的理論，但對(duì)于具體的預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以控制在充許的范圍內(nèi)。