大體積混凝土裂縫成因與施工控制措施

嚴(yán)浩 楊嘉

摘要：本文針對(duì)大體積混凝土的特點(diǎn)，分析了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和機(jī)理，從材料選用和施工方法等方面提出了有針對(duì)性的措施。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；控制措施

近年來(lái)，隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展，各種建筑物、構(gòu)筑物的形體規(guī)模也不斷擴(kuò)大，大體積混凝土在建筑工程中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。由于大體積混凝土具有結(jié)構(gòu)厚、體形大、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)，因而在施工過(guò)程中若控制不當(dāng)極易產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)裂縫。這些裂縫往往給工程帶來(lái)不同程度的危害，甚至?xí)斐山?jīng)濟(jì)上的巨大損失。

1 大體積混凝土的定義

關(guān)于大體積混凝土的定義，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)定。按照美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI）的規(guī)定：“任意體量的混凝土，其尺寸大到足以必須采取措施減小由于體積變形引起的裂縫時(shí)，統(tǒng)稱為大體積混凝土?！比毡窘ㄖW(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（JASS5）中規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，同時(shí)水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差，預(yù)計(jì)超過(guò)25℃的混凝土，稱為大體積混凝土?！蔽覈?guó)認(rèn)為，大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物中實(shí)體最小尺寸大于或等于lm的部位所用的混凝土。

2 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

大體積混凝土自澆注開(kāi)始，就要經(jīng)受外界環(huán)境和其本身各種因素的作用，使混凝土中任一點(diǎn)的位移和變形不斷地變化，從而產(chǎn)生了應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)了混凝土的極限強(qiáng)度，或極限變形值，混凝土就要產(chǎn)生裂縫。具體來(lái)說(shuō)有以下幾方面原因。

2.1 水泥水化熱是大體積混凝土中的主要溫度因素

水泥在水化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)物一般斷面較厚，水泥發(fā)出的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)。通過(guò)實(shí)例監(jiān)測(cè)，水泥水化熱引起的溫升，在水利工程中一般為15～25℃，而在建筑工程中一般為20～30℃，甚至更高。由于結(jié)構(gòu)物有一個(gè)自然散熱條件，實(shí)際上，混凝土內(nèi)部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在混凝土澆注后的最初3～5天。

由于混凝土的導(dǎo)熱性較差，澆注初期混凝土的強(qiáng)度和彈性模量都很低，對(duì)水泥水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應(yīng)力自然也較小，隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，彈性模量的增高，對(duì)混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束愈來(lái)愈大，以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí)，便產(chǎn)生溫度裂縫。

2.2 外界氣溫變化的影響

大體積混凝土在施工階段，外界氣溫的變化影響是顯而易見(jiàn)的。因?yàn)橥饨鐨鉁赜撸炷恋臐沧囟纫灿?；如果外界溫度下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫差，這對(duì)大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由溫差所引起的溫度變形造成的，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。在這種情況下，合理的溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的過(guò)大溫度應(yīng)力就顯得十分重要。

2.3 約束條件的影響

約束種類一般可概括為兩類：即外約束和內(nèi)約束。外約束一般指支座或其他外界因素對(duì)結(jié)構(gòu)變形的約束；內(nèi)約束指較大斷面的結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)部非均勻的溫度及收縮分布，各質(zhì)點(diǎn)變形不均勻而產(chǎn)生的相互約束。大體積混凝土由于溫度變化會(huì)產(chǎn)生變形，而這種變形又受到約束，便產(chǎn)生了應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，便引起裂縫。

3 大體積混凝土裂縫的施工控制措施

3.1 合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比

（1）水泥品種選擇和用量控制。 水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期溫升和后期降溫現(xiàn)象。由于礦物成分及摻合料含量的不同，水泥的水化熱差異較大。為了降低水泥的水化熱、減小混凝土的體積變形，大體積混凝土應(yīng)選用中熱或低熱的水泥品種，一般選用低水化熱的礦渣水泥，低熱的礦渣水泥比同標(biāo)號(hào)的普通硅酸鹽水泥的水化熱可減少1/4左右。另外，在滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性的前提下，盡量減少水泥的用量。

（2）摻加外加料。 在混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，在混凝土用水量不變的條件下，由于粉煤灰顆粒成球狀并具有“滾珠效應(yīng)”，可以起到顯著改善混凝土和易性的效能。若保持混凝土拌合物原有的流動(dòng)性不變，則可減少單位用水量，從而提高混凝土的密實(shí)性和強(qiáng)度。由此可見(jiàn)，在混凝土中摻入適量的粉煤灰，不僅可以滿足混凝土的和易性，還可以降低水化熱。

（3）摻加外加劑。在大體積混凝土工程中通常都摻入一定的外加劑，一般可在混凝土中加入粉煤灰或木質(zhì)素磺酸鈣減水劑，如在混凝土中按水泥重量的0.25%摻減水劑，可減少10%左右的水泥。在降低混凝土成本同時(shí)，也大大改善了混凝土的性能。一方面，由于外摻劑取代了部分水泥用量，降低了水化熱，從而降低了混凝土內(nèi)外部的溫差，有利于防裂；另一方面，這種減水劑可以緩凝，在大體積混凝土中可以避免冷接縫，提高工作性及流動(dòng)性，有利于泵送。

（4）骨料的選擇。保證在滿足強(qiáng)度和施工性的前提下，應(yīng)盡量增大粗細(xì)集料粒徑，可減少用水量，相同水灰比的情況下，減少了水泥用量，有利于減少水化熱的產(chǎn)生。同時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制粗細(xì)集料的含泥量，如粗細(xì)集料的含泥量過(guò)高，不僅增加了混凝土收縮，同時(shí)又降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度，對(duì)混凝土的抗裂不利。在配合設(shè)計(jì)中應(yīng)采用小水灰比，將水灰比控制在0.5～0.55之內(nèi)，并且控制水泥用量。

3.2采用合理澆注和養(yǎng)護(hù)措施

（1）澆注要點(diǎn)。大體積混凝土的澆注，應(yīng)根據(jù)整體連續(xù)澆注的要求，結(jié)合構(gòu)件尺寸的大小等具體情況選用全面分層法、分段分層法、斜面分層法等方法。還要遵循大體積混凝土施工中已經(jīng)形成的“分段定點(diǎn)，一個(gè)坡度，薄層澆注，循序漸進(jìn)，一次到頂”的原則。為了減少大體積混凝土底板的內(nèi)外約束，澆注前宜在基層設(shè)置滑移層。為了加強(qiáng)分層澆注層間的結(jié)合，可以采取在下層混凝土表面設(shè)置鍵槽的辦法。澆注溫度宜控制在25℃以下。因此，必須合理安排施工時(shí)間，盡量避免在高溫時(shí)段進(jìn)行混凝土澆注。同時(shí)要盡量加快施工速度、縮短澆注時(shí)間，盡量降低混凝土的澆注溫度，減少結(jié)構(gòu)物的內(nèi)外溫差，并延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間。二次振搗是在第一次振搗后，于混凝土凝結(jié)前的適當(dāng)時(shí)間再重復(fù)進(jìn)行一次振搗的一項(xiàng)工藝。二次振搗能減少混凝土的內(nèi)部裂縫，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性，從而提高混凝土的抗裂性。

（2）養(yǎng)護(hù)措施。在每次混凝土澆注完畢后，應(yīng)及時(shí)按溫控技術(shù)措施的要求進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。不同施工季節(jié)應(yīng)選擇不同的混凝土養(yǎng)護(hù)方法。夏季施工時(shí)，要采用草簾覆蓋、蓄水、灑水、噴水等降溫方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；正常氣溫時(shí)，可噴刷養(yǎng)生液養(yǎng)護(hù)；冬季施工時(shí)，可使用保溫材料來(lái)提高混凝土的表面溫度，也可用薄膜養(yǎng)生液、塑料薄膜等封閉料對(duì)混凝土保溫、保濕，在寒冷季節(jié)可搭設(shè)擋風(fēng)保溫棚?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)水泥的品種確定，一般來(lái)講，普通水泥的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14d，礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥及摻加摻和料后的混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為21d。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，混凝土的物理力學(xué)性質(zhì)決定了大體積混凝土溫度裂縫是不可以避免的，必須從原材料、施工、設(shè)計(jì)等方面實(shí)施質(zhì)量控制，才能最大限度地預(yù)防和控制裂縫的產(chǎn)生，使混凝土結(jié)構(gòu)工程更趨于合理、安全。避免混凝土裂縫給工程和建筑物帶來(lái)不必要的損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鐵夢(mèng). 建筑物的裂縫控制[M]. 上海：科技出版社，1987

[2]王鐵夢(mèng). 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制[J]. 安徽建筑，2001（1）：41-44

作者簡(jiǎn)介：

姓名 ：嚴(yán)浩 性別： 男 出生年月 ：1976.7 民族：漢

籍貫 ：河南 鄭州 學(xué)歷 ：碩士研究生

職稱 ：工程師

單位 ：中國(guó)核電工程有限公司

研究方向 ：項(xiàng)目管理