大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因與防控措施

姚慧　葛廣鵬　張坤

摘 要：大體積混凝土結(jié)構(gòu)物，經(jīng)常出現(xiàn)很多裂縫?；炷灵_裂在工程建設(shè)中是一個普遍存在的現(xiàn)象，裂縫一旦形成，特別是基礎(chǔ)貫穿裂縫出現(xiàn)在重要的結(jié)構(gòu)部位，危害極大，它會降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，同時會可能危害到建筑物的安全使用。所以如何采取有效措施防止大體積混凝土的開裂，是一個值得關(guān)注的問題。文章從混凝土內(nèi)部溫度分布情況及其變化規(guī)律著手，分析了大體積混凝土施工過程中裂縫產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的防控措施。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；原因；防控措施

隨著我國建筑市場的快速發(fā)展，大型建筑工程也變得越來越多，一些建筑物的基礎(chǔ)（箱形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)）都有厚度較大的鋼筋混凝土底板，就會出現(xiàn)大體積混凝土（混凝土結(jié)構(gòu)物中實體最小尺寸大于或等于1m的部位所用的混凝土稱為大體積混凝土），而大體積混凝土硬化時要釋放出大量的水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度過高，由于混凝土內(nèi)部溫度與外界環(huán)境溫度之間存在溫差，經(jīng)常出現(xiàn)很多裂縫。

1 大體積混凝土裂縫的產(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，原材料不合格（水泥安定性不良或骨料中含泥量過多），施工方法不合理，基礎(chǔ)不均勻沉降等，歸納起來主要有以下幾點：

1.1 溫度應(yīng)力引起裂縫（溫度裂縫）

溫度裂縫產(chǎn)生主要原因是由溫差造成的。水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，所以水泥產(chǎn)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無法及時散發(fā)出去，以至于越積越多，使內(nèi)外溫差增大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。水化熱產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部最高溫度，多發(fā)生在澆筑后的最初3 天至5 天，以后逐漸降低。單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān)。

1.2 混凝土收縮引起裂縫

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)會引起混凝土體積的收縮?；炷潦湛s的主要原因是內(nèi)部水分蒸發(fā)引起的混凝土收縮。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)致混凝土的開裂。

1.3 約束條件的影響

大體積混凝土與地基澆在一起，早期混凝土溫度上升時，混凝土膨脹受到地基約束會產(chǎn)生壓應(yīng)力；當(dāng)后期溫度下降時，混凝土收縮 受到地基約束便會產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于混凝土的抗壓性能優(yōu)于抗拉性能，所以在受壓時一般不會出現(xiàn)裂縫，而在受拉時，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就會在混凝土中出現(xiàn)垂直裂縫。

2 大體積混凝土裂縫的防控措施

2.1 優(yōu)選原材料

水泥應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥，大體積混凝土施工中優(yōu)先采用礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。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，因為水泥的細(xì)度會影響水化熱的放熱速率，試驗表明比表面積每增加100cm2/g，1d的水化熱增加17J/g～21J/g，7d和20d均增加4J/g～12J/g。合理選用水泥是控制溫度裂縫的有效措施。

2.2 優(yōu)化配合比

選用良好級配的骨料，降低水灰比，可減少水泥用量，還能提高混凝土強(qiáng)度。摻粉煤灰可替代部分水泥，既可降低水泥用量，減少水化熱，且由于粉煤灰的水化反應(yīng)較慢，可推遲放熱高峰的出現(xiàn)時間；摻加一定用量外加劑，能減小混凝土收縮開裂的機(jī)會，外加劑對混凝土收縮開裂性能有以下影響：（1）減水劑對混凝土開裂的影響 減水劑的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土強(qiáng)度或在保持混凝土一定強(qiáng)度時減少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的減少對防止開裂是十分有利的。（2）引氣劑對混凝土開裂的影響 引氣劑在混凝土的應(yīng)用對改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在這里值得注意的是：外加劑不能摻量過大，否則會產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.3 控制砼出機(jī)溫度和入模溫度

采取措施降低原材料溫度，如在原材料堆場搭設(shè)簡易遮陽裝置，必要時向骨料噴射水霧或使用前用冷水沖洗，降低砼出機(jī)溫度，從而降低大體積砼的總溫升值和減小結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差。調(diào)整澆筑時間，避開在太陽輻射較高的時間澆注，以免因暴曬而影響質(zhì)量。澆注盡量安排在夜間進(jìn)行。

2.4 設(shè)置構(gòu)造鋼筋

構(gòu)造鋼筋能有效抵抗拉應(yīng)力，防止混凝土因抗拉強(qiáng)度不高而開裂。

2.5 采用合理的施工方法

大體積混凝土澆注要求分層、分段進(jìn)行，分層流水振搗，盡可能采用薄層連續(xù)澆筑法，使水化熱在澆筑時便于散發(fā)，同時要保證上層混凝土在下層初凝前結(jié)合緊密，避免產(chǎn)生冷縫從而提高結(jié)構(gòu)整體性和抗剪性能。澆筑順序應(yīng)根據(jù)具體工程結(jié)構(gòu)確定，通常按該工程項目劃分表的單元工程進(jìn)行劃分。在澆筑過程中，應(yīng)遵循“同時澆搗、分層推進(jìn)，一次到頂，循序漸進(jìn)”的成熟工藝。

2.6 加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土內(nèi)表溫差，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展，防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。溫度控制就是對混凝土的澆筑溫度和混凝土內(nèi)部的最高溫度進(jìn)行控制。在混凝土養(yǎng)護(hù)階段的溫度控制應(yīng)遵循以下幾點：（1）混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應(yīng)小于20℃；當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土具有足夠的抗裂能力時，不大于 25℃-30℃。（2）混凝土拆模時，混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應(yīng)包括 表面溫度、中心溫度和外界氣溫。（3）采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管，通過冷水循環(huán)進(jìn)行冷卻。（4）保溫法是在結(jié)構(gòu)外露的混凝土表面覆蓋保溫材料（如 草袋、鋸木、濕砂等），以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。

本工程基礎(chǔ)砼的養(yǎng)護(hù)采用保溫蓄熱養(yǎng)護(hù)，在砼表面壓光，混凝土初凝后隨即用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋，待混凝土終凝后，在薄膜上覆蓋阻燃草簾，澆水保濕養(yǎng)護(hù)。通過對砼溫度和應(yīng)力的監(jiān)測，如發(fā)生溫度偏差大于控制指標(biāo)（溫差>25℃）則立即采用蓄水法養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)語

大體積混凝土的開裂是目前工程界關(guān)注的一個重要問題，根據(jù)大體積混凝土的性質(zhì)，結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況、施工條件，采取優(yōu)選原材料和優(yōu)化混凝土的配合比，并按照大體積混凝土施工要求，采用合理的施工方法。編制好施工方案，做好充分的施工準(zhǔn)備，并嚴(yán)格按照施工方案組織施工，同時做好混凝土的振搗、抹面及養(yǎng)護(hù)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，加強(qiáng)現(xiàn)場協(xié)調(diào)與管理工作，通過對原材料和施工工藝兩個方面的控制，就能有效的防止裂縫的發(fā)生，保證大體積混凝土的施工質(zhì)量。

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