淺談大體積混凝土裂縫成因及控制措施

馬中華

摘要：隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的大發(fā)展，大體積混凝土的應(yīng)用也越來廣泛，大體積混凝土施工中裂縫問題是其最為焦點(diǎn)的問題，本文在對裂縫的類型及產(chǎn)生的原因分析的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)、施工、選材三個(gè)方面提出了對應(yīng)的管理控制措施并作了具體闡述，以確保大體積混凝土施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；成因；控制措施

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)和建筑技術(shù)的迅速發(fā)展，建筑物的規(guī)模不斷擴(kuò)大，高層建筑、大型現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)施和構(gòu)筑物不斷增多，大體積混凝土逐漸成為其重要的組成部分。由于大體積混凝土體積龐大、一次性混凝土澆筑量大、工程施工條件復(fù)雜，如果施工措施不力極易產(chǎn)生不同程度、不同形式的裂縫。而一旦產(chǎn)生裂縫，特別是基礎(chǔ)貫穿裂縫出現(xiàn)在重要部位，危害極大，她會(huì)降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，同時(shí)可能會(huì)危害到建筑物的安全使用。找尋裂縫形成的原因采取有針對性地預(yù)防和控制措施已成為工程技術(shù)人員普遍關(guān)注的問題。

1.混凝土裂縫的形成及分類

鋼筋混凝土裂縫按其形成的原因可以分成兩大類：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，是由荷載引起的裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的裂縫。大量實(shí)踐表明屬于荷載引起的裂縫約占20%，而屬于非荷載引起的裂縫約占80%。常見的裂縫主要分為收縮裂縫和溫度裂縫。

2.大體積混凝土裂縫形成的主要原因

2.1水泥水化熱的影響。水泥在水化過程中要產(chǎn)生一定的熱量，這是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源。由于大體積混凝土構(gòu)件斷面較厚，水泥發(fā)出的熱量聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不易散失，這就使混凝土內(nèi)部溫度升高，而混凝土表面溫度為室外環(huán)境溫度。內(nèi)外溫度不同將導(dǎo)致自身膨脹不同，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，在面層產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果溫差超過25℃，則表層混凝土所造成的拉應(yīng)力將要超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度，在混凝土構(gòu)件的表面就可能產(chǎn)生裂縫，極易危害構(gòu)件的安全性。

2.2外界溫度變化的影響。當(dāng)外界溫度下降或升高時(shí)，可能使混凝土內(nèi)外產(chǎn)生較大的溫差，也易導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。在這種情況下，研究合理的溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的過大溫度應(yīng)力，就顯得更為重要。

2.3混凝土收縮變形的影響?；炷潦湛s裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮、自收縮和溫差收縮四種。塑性收縮主要指在混凝土硬化之前，處于塑性狀態(tài)，硬化初期主要是水泥、石子在凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化。干燥收縮主要是由于水泥、石子的脫水收縮。自收縮指混凝土澆筑后，密閉的混凝土內(nèi)部相對濕度隨水泥水化的進(jìn)展而降低，造成毛細(xì)孔中的水分不飽和而產(chǎn)生負(fù)壓，因而引起混凝土的自收縮。溫差收縮主要是由于水泥的水化過程中產(chǎn)生溫差所引起。

2.4混凝土構(gòu)件模板的拆除所造成的影響。在拆除混凝土構(gòu)件的模板時(shí)，如果沒有達(dá)到承重梁、板的必要養(yǎng)護(hù)時(shí)間，混凝土的抗拉、壓強(qiáng)度均較低，在上部荷載作用下，從而易使混凝土梁、板的下部在受拉情況下被拉裂，而形成承重裂縫。

2.5化學(xué)反應(yīng)的影響?；炷林袎A與硅酸鹽骨料反應(yīng)，加水拌和混凝土?xí)r，水泥中的堿不斷溶解，這些堿液與活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)，析出膠狀的硅膠。硅膠從周圍介質(zhì)中吸水膨脹，其體積可增大3倍，而使混凝土脹裂，其特點(diǎn)是裂縫中充滿白色膠體，表面裂縫常有白色沉淀的膠體，呈雜亂的地圖狀。

2.6不均勻沉降的影響?；A(chǔ)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是工程地質(zhì)勘察報(bào)告。任何一個(gè)地質(zhì)勘察，其結(jié)果都是近似的。當(dāng)設(shè)計(jì)假設(shè)模型與地質(zhì)實(shí)際不符等情況出現(xiàn)時(shí)，都很可能出現(xiàn)不均勻沉降。同時(shí)，由于上部建筑物荷載不同，也會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降。這種不均勻沉降對混凝土就產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土極限拉應(yīng)力值時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生裂縫。這種裂縫一旦出現(xiàn)則非常嚴(yán)重，可能危及建筑物的安全和使用。

3.大體積混凝土裂縫預(yù)防及控制措施

3.1設(shè)計(jì)控制措施

在設(shè)計(jì)時(shí)采取合理的結(jié)構(gòu)形式和合理的分塊。大體積混凝土工程施工中如果允許設(shè)置水平施工縫，應(yīng)根據(jù)溫度裂縫的要求進(jìn)行分塊，且設(shè)置合理的連接措施。（2）盡可能選用強(qiáng)度等級(jí)低的混凝土，充分利用后期強(qiáng)度，選用混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜在C20～C35范圍內(nèi)，避免采用高強(qiáng)混凝土。水泥用量不超過380kg/m³。（3）合理設(shè)置分布鋼筋，盡量采用小直徑、密間距布置，采用直徑8mm～14mm的鋼筋和100mm～150mm間距是比較合理的。全截面配筋率不小于0.3%，宜在0.3%～0.5%之間。受力筋能滿足構(gòu)造要求的，不再增加溫度筋，構(gòu)造筋不能起到抗約束作用的，應(yīng)增配溫度筋變截面處配置加強(qiáng)分布筋。（4）考慮到基礎(chǔ)出同時(shí)受到地基和樁基的約束，宜在基礎(chǔ)下底面混凝土墊層上設(shè)置滑動(dòng)層來減小其約束，降低混凝土內(nèi)部的約束應(yīng)力，如采用一氈二油的做法等。

3.2材料選擇控制措施

（1）盡量選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、粉煤灰水泥）或利用混凝土的后期強(qiáng)度（90 d～180 d）以降低水泥用量減少水化熱（因?yàn)槊考訙p10 kg水泥溫度會(huì)相應(yīng)增減1℃水化熱與水泥用量成正比）。在條件許可的情況下應(yīng)優(yōu)先選用收縮性小或具有微膨脹性的水泥。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。（2）適當(dāng)摻加粉煤灰?；炷林袚接梅勖夯液罂商岣呋炷恋目?jié)B性、耐久性，減少收縮降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，抑制堿骨料反應(yīng)減少新拌混凝土的泌水等。（3）選擇級(jí)配良好的骨料。骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80%～83%，因此在選擇骨料時(shí)應(yīng)選擇線性膨脹系數(shù)小、彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級(jí)配良好的骨料。一般來說可以選用粒徑4 mm～40mm的粗骨料盡量采用中砂，嚴(yán)格控制砂、石子的含泥量（石子在1%以內(nèi)砂在2%以內(nèi)）；控制水灰比在0.6以下。還可以在混凝土中摻緩凝劑減緩澆筑速度以利于散熱。另外還可以考慮在大體積混凝土中摻加堅(jiān)實(shí)無裂縫、沖洗干凈、規(guī)格為150 mm～300 m的大塊石。摻加大塊石不僅減少了混凝土總用量，降低了水化熱；而且石塊本身也吸收了熱量使水化熱能進(jìn)一步降低對控制裂縫有一定好處。（4）加入適量外加劑，適當(dāng)選用高效減水劑、緩凝劑和引氣劑，這對減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量改善新拌混凝土的和易度，提高混凝土的抗裂性能。

3.3施工方法控制措施

3.1.1制定合理的施工方案。混凝土的施工方案主要是確定一次澆筑的數(shù)量、施工縫間距、位置及構(gòu)造、澆筑時(shí)間、運(yùn)輸及振搗方式，選擇正確澆筑的順序和澆筑方案。為有效降低混凝土內(nèi)外溫差常采用分塊澆筑。分塊澆筑又可分為分層澆筑和分段跳倉澆筑法兩種。分層澆筑法日前有全面分層法、分段分層法和斜面分層法。一次澆筑長度較長時(shí)設(shè)置垂直施工縫、厚度較大時(shí)分層設(shè)置施工縫。施工縫應(yīng)設(shè)置在變截面處或承受拉、剪、彎應(yīng)力較小部位。

3.1.2混凝土的拌制過程中，要嚴(yán)格控制各種材料計(jì)量準(zhǔn)確，嚴(yán)格控制水灰比、沙石的含泥量、水泥外加劑的用量。同時(shí)嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)塌落度；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。

3.1.3合理進(jìn)行溫度控制。對于大體積混凝土的溫度控制，主要考慮三個(gè)特征值：入模溫度、最高溫度及養(yǎng)護(hù)溫度。入模溫度控制混凝土的入模溫度取決于各種原材料的初始溫度，主要方法是施工時(shí)加冰冷卻拌合水、骨料、水泥，盡量選擇較低氣溫時(shí)段澆筑砼：在混凝土運(yùn)輸工具上覆蓋麻袋，并經(jīng)常噴灑冷水降溫。最高溫度控制在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，利用冷卻水管內(nèi)流通的制冷水帶走大體積混凝土內(nèi)部積聚的水泥水化熱，削減澆筑層水化熱溫升。這種方法因具有適用性和靈活性，以及能夠控制整個(gè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫度，所以在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。養(yǎng)護(hù)溫度控制大體積混凝土的裂縫，特別是表面裂縫，主要是由于混凝土中產(chǎn)生了溫度梯度。為了使大體積混凝土的內(nèi)外溫差降低，可采用混凝土表面保溫的方法，使混凝土內(nèi)外溫差降低。常用的保溫材料有模板、草袋、濕砂、鋸末等，保溫材料不僅要放置在混凝土的表面，還要注意結(jié)構(gòu)物四周的保溫，保溫時(shí)間不少于28天。

3.1.4加強(qiáng)施工溫度監(jiān)測。對大體積混凝土內(nèi)部各部位進(jìn)行溫度跟蹤監(jiān)測，可以及時(shí)準(zhǔn)確地掌握混凝土各個(gè)部位的溫度變化，以便采取處理措施降低內(nèi)部溫度，保證工程質(zhì)量。混凝土溫升最快的階段在澆筑后的1～5d，在這段期間，宜每30 min讀取數(shù)據(jù)一次，以后數(shù)據(jù)的讀取時(shí)間可以延長，建議在混凝土澆注后的6～20d，每3 h讀取一次數(shù)據(jù)，澆注后的21～30d，每6h讀取一次數(shù)據(jù)。測溫過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)外溫差超過25℃時(shí)，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)保溫或延緩拆除保溫材料，以防混凝土產(chǎn)生溫差應(yīng)力和裂縫。

4.結(jié)束語

大體積混凝土的開裂是目前建筑業(yè)界普遍面臨的問題，本文在對大體積混凝土裂縫的類型及產(chǎn)生原因分析的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)、施工、選材三個(gè)方面提出對應(yīng)的管理控制措施。在大體積混凝土施工中，只要嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定施工，認(rèn)真積極地探索裂縫產(chǎn)生的原因再加上嚴(yán)格的施工管理，才能有效地防止裂縫的發(fā)生，使大體積混凝土施工質(zhì)量得到很好的保障。