建筑工程大體積混凝土裂縫控制探析

許重陽

摘 要：建筑大體積混凝土的施工，由于內(nèi)外溫差的影響，所產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變現(xiàn)象，逐漸削減混凝土的抗拉承受強(qiáng)度，一旦抗拉強(qiáng)度被抵消，就會出現(xiàn)裂縫，此為建筑大體積混凝土裂縫形成的原因，至于裂縫的控制，必須遵循混凝土裂縫的形成機(jī)理，從配合比優(yōu)化、施工控制和養(yǎng)護(hù)管理等方面入手。

關(guān)鍵詞：大體積；混凝土；裂縫；機(jī)理；控制

1 建筑工程大體積混凝土裂縫的形成原因

大體積混凝土裂縫形成的原因很多，基于裂縫結(jié)構(gòu)破壞的特征，其裂縫形成機(jī)理應(yīng)分別考量表面裂縫、深層裂縫、基礎(chǔ)貫穿裂縫，以便將不同類型的裂縫控制在允許范圍內(nèi)。這些裂縫的形成機(jī)理如下：

1.1 表面裂縫形成機(jī)理

混凝土施工期間，干縮變形、非線性溫度場約束等，使得混凝土表面的溫度驟然下降，而內(nèi)部溫度未受到明顯影響，就會出現(xiàn)內(nèi)外溫差，進(jìn)而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。而不同齡期的混凝土，抗拉強(qiáng)度具有差異性，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉性能不足以承受溫度收縮變形的影響，表面就會逐漸形成裂縫，尤其是澆筑在堅硬表面混凝土，早期時彈性模量比較小，基本處于塑性狀態(tài)，如果長期暴露在氣溫波動的環(huán)境中年，混凝土抗裂能力得不到保障，其表面裂縫將愈發(fā)明顯。

1.2 深層裂縫形成原因

深層裂縫脫離基礎(chǔ)約束，是在混凝土溫度降低過程中，內(nèi)外溫差所形成的溫度梯度而引起的縱深發(fā)展裂縫?；炷翆?shí)際施工期間，結(jié)構(gòu)降溫期間，內(nèi)部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外部溫度，兩者產(chǎn)生約束作用，假如此時沒有設(shè)置用于緩解約束的隔離層，大約在澆筑2-3個月后就會出現(xiàn)深層裂縫，這些裂縫具有貫穿性的危害，影響混凝土整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。譬如外露基礎(chǔ)在炎熱和寒冷氣候長期影響下與框架結(jié)構(gòu)連接的柱、基礎(chǔ)等剛度比較大，溫度變形時受到約束。以蒸汽方式養(yǎng)護(hù)的預(yù)制構(gòu)件，降溫速度太快等，均是大體積混凝土深層裂縫產(chǎn)生的常見原因。

1.3 基礎(chǔ)貫穿裂縫形成原因

當(dāng)混凝土澆筑溫度過高以及受到混凝土水化熱溫度上升影響，當(dāng)混凝土溫度驟然下降，所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過混凝土本身的抗拉強(qiáng)度就會出現(xiàn)貫穿裂縫。其形成的機(jī)理可歸結(jié)為受外界拉應(yīng)力約束引起混凝土斷面變形，進(jìn)而影響混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。在大體積混凝土施工期間，拉應(yīng)力變形是不可避免的現(xiàn)象。當(dāng)在結(jié)構(gòu)受荷載作用時，需要在混凝土強(qiáng)度允許范圍內(nèi)，考慮其抗裂性能受到的最大影響，否則就會從微觀裂縫發(fā)展成為宏觀裂縫，包括澆筑溫度高低、基礎(chǔ)塊薄層長間歇、施工間歇產(chǎn)生約束等，都是基礎(chǔ)貫穿裂縫防治必須考慮的重點(diǎn)因素。

2 建筑工程大體積混凝土裂縫的控制措施

在了解建筑工程大體積混凝土裂縫形成原因的基礎(chǔ)上，作者認(rèn)為可在施工期間，通過混凝土配合比優(yōu)化、混凝土性能改善、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護(hù)幾個方面的措施，控制混凝土裂縫出現(xiàn)。具體施工措施如下：

2.1 優(yōu)化混凝土配合比

混凝土配合比設(shè)計時，混凝土材料的合理選擇是最為關(guān)鍵的前提。在合理選用材料的基礎(chǔ)上，混凝土配合設(shè)計時，以“三低二摻一高”為原則，即嚴(yán)格控制混凝土的含砂量，盡可能減少坍落度和降低水膠比，同時除了摻入適量減水劑和引氣劑，還應(yīng)嚴(yán)格按照材料比例，盡量加大高粉煤灰摻量，使得混凝土在抗裂能力、抗拉強(qiáng)度、抗拉伸等方面，都趨于最優(yōu)狀態(tài)。

2.2 改善混凝土性能

選用良好配合比的混凝土施工，適時考慮到混凝土性能可能受到主客觀因素的影響，正面強(qiáng)調(diào)施工手段的科學(xué)合理性，以進(jìn)一步改善混凝土的性能。在施工之前，準(zhǔn)備好施工所需的機(jī)械設(shè)備、儀表儀器等，特別是混凝土溫度控制的方面，在混凝土出料、卸料、泵送、澆灌、振搗過程中，應(yīng)根據(jù)氣候溫度的具體情況，靈活選擇合理的施工方法，以便在混凝土的內(nèi)外部溫差，降至最低狀態(tài)。譬如氣候溫度比較高時，利用管道輸送混凝土，必要時可將草包覆蓋管道之上，同時循序推進(jìn)混凝土，縮小混凝土暴露的面積。至于混凝土的振搗，根據(jù)振動的界限狀態(tài)，剔除有泌水問題的粗骨料，同時檢查鋼筋下部是否有混凝土孔隙，這樣就能夠增強(qiáng)混凝土和鋼筋的握裹能力，規(guī)避混凝土沉落問題。

2.3 澆筑混凝土

在成孔期間同步借助掏渣筒將孔內(nèi)破碎狀的土體、石塊等清理干凈。成孔后，檢查成孔質(zhì)量，同時利用測繩和測砣檢查泥漿的浮力和摩阻力，確保成孔質(zhì)量達(dá)標(biāo)。隨后采用泵吸反循環(huán)清孔的方式，直至泥漿比重降至1.1g/cm3以內(nèi)，粘度和含砂率范圍分別為16-17s、1.5-2%，最后再用高壓風(fēng)機(jī)將沉渣吹出孔內(nèi)。

本工程選用的導(dǎo)管主材為厚度5mm的鋼板，以卷制和焊接方法完成。管道直徑25cm，各節(jié)導(dǎo)管利用絲扣緊固，連接段平均長度2.5m，最長不超過3.76m，與底部的距離，控制在35-40cm之間。導(dǎo)管下方時，要保持與鋼筋之間的距離，其長度根據(jù)編號順序依次控制。入位之后，進(jìn)行承壓試驗(yàn)，再與漏斗連接，現(xiàn)場選用鋼墊板封住漏斗底部。首次混凝土的澆筑量，根據(jù)澆筑直徑和導(dǎo)管長度而定，本次直徑標(biāo)準(zhǔn)有1.5m和1.8m兩類，分別對應(yīng)導(dǎo)管的長度為45m和35m，第一類標(biāo)準(zhǔn)的澆筑量為4.19m3；第二類標(biāo)準(zhǔn)的澆筑量為5.37m3，均可利用容量8m3的攪拌車完成澆筑。

澆筑時為有效控制沉淀層的厚度、埋管的深度，可根據(jù)泥漿面下孔深的狀態(tài)，靈活調(diào)整混凝土面的高度以及觀察返水的情況，進(jìn)而準(zhǔn)確分析和判斷孔內(nèi)情況?，F(xiàn)場隨機(jī)抽取了5個樁基，統(tǒng)計其混凝土澆筑量。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，混凝土澆筑超量10-20%，作者分析了相關(guān)客觀原因，發(fā)現(xiàn)在沖孔時，孔壁有塌落影響，同時選用的沖擊鉆，擺動幅度太大，導(dǎo)致孔徑的不規(guī)則擴(kuò)大。針對該問題，作者提出了控制混凝土自重向下流動的平衡，根據(jù)各個流體點(diǎn)的壓強(qiáng)變化狀態(tài)，尤其是在每次澆筑時，當(dāng)?shù)诙嚮炷镣聺仓r，已澆筑的混凝土很容易初凝和堵管，使得導(dǎo)管受力異常。對此，我們除了需要檢查使用導(dǎo)管是否有嚴(yán)重磨損、銹蝕、焊縫、砂眼等跡象，還要保持澆筑的連續(xù)性，速度既不能太快，也不能太慢。譬如在混凝土達(dá)到鋼筋網(wǎng)底部下面1m時，適當(dāng)減緩澆筑的速度，可避免混凝土對鋼筋網(wǎng)的沖擊力，在混凝土達(dá)到鋼筋網(wǎng)底部上面4m時，則要略提導(dǎo)管，保持導(dǎo)管底口和鋼筋網(wǎng)底部2m的距離，然后再回復(fù)正常的澆筑速率。

2.4 養(yǎng)護(hù)混凝土

澆筑好的混凝土強(qiáng)度、抗變形能力，均為混凝土養(yǎng)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)性能。期間需要根據(jù)混凝土收縮應(yīng)力，確定具體的保溫時間，在保持混凝土表面濕潤的狀態(tài)下，將草袋、舊麻袋、塑料薄膜等覆蓋其上，并在實(shí)測混凝土內(nèi)外溫度變化情況，通過計算機(jī)系統(tǒng)展開全方位統(tǒng)計分析。在混凝土養(yǎng)護(hù)的過程中，不能夠采用強(qiáng)制性的降溫措施，而是根據(jù)混凝土內(nèi)部實(shí)際溫度場情況，重點(diǎn)檢查是否有裂縫問題。至于混凝土暴露問題的解決，建議以±0.00標(biāo)高為基準(zhǔn)，小于該基準(zhǔn)的部位，以回填土方式處理，大于該基準(zhǔn)的部位，則以覆蓋方式處理，方可有效減少混凝土的暴露面，并確保不影響混凝土的性能。

3 結(jié)束語

文章通過研究基本明確了建筑大體積混凝土裂縫形成原因以及混凝土控制的措施，但考慮到不同建筑工程大體積混凝土工程施工條件和要求的差異性，作者建議相關(guān)工程在參考借鑒以上施工方法時應(yīng)結(jié)合具體工程的實(shí)際情況予以因地制宜地利用。

參考文獻(xiàn)

[1]李彩華，肖盛燮，高路恒.基于斷裂理論的大體積混凝土裂縫分析[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2013（5）：101-103.

[2]朱開銀.大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及控制施工技術(shù)[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2013（17）：77-78.

[3]蘇俊榮.淺談大體積混凝土裂縫的可能原因及防治措施[J].中小企業(yè)管理與科技，2013（24）：114-115.