大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析

王健

黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑學(xué)院（438002）

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析

王健

黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑學(xué)院（438002）

通過對(duì)大體積混凝土的構(gòu)造特點(diǎn)、材料特性及施工工藝的研究和分析，研究裂縫產(chǎn)生原因，對(duì)于預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生有一定的意義。

大體積混凝土；裂縫；原因

1 大體積混凝土施工裂縫的常見位置

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的。

1.1 地下室底板裂縫

高層建筑地下室的底板一般較厚，有的厚2～3m，屬大體積混凝土施工。發(fā)生裂縫的主要原因是水化熱高、與環(huán)境氣溫溫差大、或養(yǎng)護(hù)不當(dāng)。裂縫嚴(yán)重的可導(dǎo)致底板滲漏。若混凝土溫度較高時(shí)突然澆冷水養(yǎng)護(hù)，也會(huì)產(chǎn)生無(wú)規(guī)則的多條微裂縫。

1.2 地下室外擋土墻裂縫

墻體混凝土強(qiáng)度等級(jí)普遍較高，多采用C40、C45、C50、C60水泥。如果這樣水泥用量為500～550 kg/m3，勢(shì)必造成混凝土收縮量大，不易養(yǎng)護(hù)。地下室外擋土墻很長(zhǎng)，因此往往形成多條較有規(guī)律的豎向裂縫。這些豎向裂縫15～25m一條，上不到頂，下不到底，肉眼可明顯地看到收縮裂縫形狀。

1.3 地下室陰角裂縫

在地下室施工完后，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)在外墻截面剛度變化處、平面形狀轉(zhuǎn)折處的陰角存在結(jié)構(gòu)豎向裂縫。豎向裂縫由頂部向下開裂，上寬下窄。這是由于收縮應(yīng)力和沉降、溫度應(yīng)力等共同作用，在角部形成集中應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度所造成的。為了防止陰角部位混凝土產(chǎn)生裂縫，除從設(shè)計(jì)方面盡量少用凹凸的平面形式，在陰角處采用附加鋼筋等構(gòu)造措施外,還必須保證陰角部位的混凝土施工質(zhì)量,及時(shí)覆蓋、淋水，或噴灑養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，拆模時(shí)間不宜過早。

1.4 混凝土外表面裂縫

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較大,一般較厚,有的厚為2～3m?；炷烈话阍诙唐趦?nèi)澆筑完成，由于水泥的水化作用是放熱反應(yīng)，水化熱與環(huán)境氣溫溫差過大，混泥土燒灼、膨脹，造成混凝土外表面產(chǎn)生裂縫[1]。

2 大體積混凝土裂縫的主要種類

2.1 塑性收縮裂縫

混凝土塑性收縮裂縫在新澆結(jié)構(gòu)、構(gòu)件表面出現(xiàn)，形狀不規(guī)則，類似干燥的泥漿面，主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量引起的。用水量和水泥用量越大，混凝土的收縮就越大。選用水泥的品種不同，收縮量也不同。此外，混凝土配合比、外加劑和摻合料品種以及施工工藝等,都會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。收縮裂縫大多在混凝土初凝后，當(dāng)外界風(fēng)速大、氣溫高、空氣濕度很低的情況下出現(xiàn)[2]。

2.2 沉降收縮裂縫

沉降收縮裂縫多沿結(jié)構(gòu)上表面鋼筋通長(zhǎng)方向或箍筋上斷續(xù)出現(xiàn),或在埋設(shè)件的附近周圍出現(xiàn)，裂縫成棱形，寬度不等，深度不一，一般到鋼筋上表面為止。這種裂縫多在混凝土澆筑后發(fā)生，混凝土結(jié)硬后即停止。

2.3 溫差裂縫

混凝土內(nèi)外部溫差過大會(huì)產(chǎn)生裂縫，縫寬受溫度變化影響較明顯，冬季較寬，夏季較細(xì)。溫差裂縫主要影響因素是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過大，大體積混凝土更易發(fā)生此類裂縫。

2.4 碳化收縮裂縫

混凝土水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳作用，生成碳酸鈣，引起表面體積收縮，從而導(dǎo)致表面發(fā)生龜裂。

2.5 化學(xué)反應(yīng)裂縫

混凝土內(nèi)摻有氯化物外加劑,或以海砂作集料，或用海水拌制混凝土,使鋼筋產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，鐵銹膨脹而把混凝土脹裂，即通常所謂“鋼筋銹蝕膨脹裂縫”?；炷林袖X酸三鈣受硫酸鹽或鎂鹽的侵蝕，產(chǎn)生難溶而又體積增大的反應(yīng)物，使混凝土體積膨脹而出現(xiàn)裂縫，即通常所謂“水泥桿菌腐蝕裂縫”。混凝土集料中含有蛋白石、硅質(zhì)巖或鎂質(zhì)巖等活性氧化硅與高堿水泥中的堿反應(yīng)生成堿硅酸凝膠，吸水后體積膨脹，而出現(xiàn)裂縫，即通常所謂“堿骨料反應(yīng)裂縫。水泥含游離氧化鈣過多呈小顆粒，混凝土硬化后，水泥繼續(xù)水化，發(fā)生固相體積增大，從而使混凝土出現(xiàn)“小豆子”似的崩裂。這種裂縫多發(fā)生在土法生產(chǎn)水泥配制的混凝土工程上。

2.6 安定性裂縫

表現(xiàn)為龜裂,主要因水泥安定性不合格而引起。

2.7 沉陷裂縫

結(jié)構(gòu)、構(gòu)件下面地基軟硬不均，地基局部不均勻沉降而引起裂縫。

3 裂縫產(chǎn)生的影響因素

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的。

3.1 水泥水化熱的影響

水泥水化過程中放出大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7d左右。一般每克水泥可以放出500 J左右的熱量，如果以水泥用量350～550 kg/m3來計(jì)算，每m3混凝土將放出17 500～27 500 kJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高[3]。對(duì)于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高,這樣就會(huì)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)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3.2 混凝土收縮的影響

混凝土在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(shí)，如支承條件、鋼筋等，將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要由塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種混凝土收縮引起的。混凝土硬化初期，裂縫主要是由于水泥在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化引起的?；炷劣不笃诹芽p主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的。

3.3 外界氣溫濕度變化的影響

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對(duì)防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響?；炷羶?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)的散熱溫度等疊加之后組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系,外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會(huì)愈高；如果外界溫度降低,則會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，容易引發(fā)混凝土的開裂。外界的濕度對(duì)混凝土的裂縫也有很大的影響,外界的濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮，也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生[4]。

3.4 化學(xué)反應(yīng)影響

氯化物外加劑可使鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生鐵銹，鐵銹膨脹把混凝土脹裂?；炷良现泻械鞍资?、硅質(zhì)巖、鎂質(zhì)巖等與高堿水泥中的堿反應(yīng)生成堿硅酸凝膠。堿硅酸凝膠吸水后體積膨脹，使混凝土崩裂。水泥中的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。

3.5 不均勻沉降的影響

建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降也會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫會(huì)隨著基礎(chǔ)沉降而不斷增大，待地基下沉穩(wěn)定后，將不會(huì)變化。

3.6 配合比不當(dāng)?shù)挠绊?/p>

混凝土配合比不當(dāng)會(huì)造成混凝土塑性沉降裂縫?；炷僚浜媳戎校止橇霞?jí)配不連續(xù)、數(shù)量不夠，砂率及水灰比不當(dāng)，都會(huì)造成裂縫。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展,高層建筑工程、地下建筑工程呈現(xiàn)項(xiàng)目多、規(guī)模大的特點(diǎn)，大體積混凝土在工程建設(shè)中大量地被采用。大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)和施工組織都較復(fù)雜,施工時(shí)應(yīng)十分慎重，否則易出現(xiàn)質(zhì)量事故，造成不必要的損失。特別是大體積混凝土裂縫導(dǎo)致的質(zhì)量問題，造成的損失更大。

預(yù)防和控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，減小混凝土裂縫對(duì)建筑物的不利影響，確保大體積混凝土施工質(zhì)量,大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及防控，已成為當(dāng)前工程項(xiàng)目管理過程中的一個(gè)重要課題。減少混凝土裂縫應(yīng)以預(yù)防為主,針對(duì)混凝土構(gòu)造特點(diǎn)、材料特性、施工工藝，采取有較措施，精心組織、合理安排、科學(xué)施工，使施工質(zhì)量得到保證。

[1]郭德.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[M].湖北工業(yè)出版社,2008,9.

[2]張威.建筑施工手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009,4.

[3]王朝彬,東方.建筑工程常見病多發(fā)病防治[M].武漢工業(yè)大學(xué),2009,5.

[4]王夢(mèng).建筑物的裂縫控制.湖北長(zhǎng)安建筑股份有限公司內(nèi)刊,2009,6.