淺談大體積混疑土結構裂縫的成因及控制措施

劉陳平

（湖南國防工業(yè)職業(yè)技術學院 湖南省湘潭市 411207）

1 大體積混凝土結構基本介紹

1.1 大體積混凝土結構的基本特點

相較于常規(guī)混凝土結構，混凝土澆筑量大、鋼筋用量多、構件截面尺寸和體形大、工程條件復雜、施工難度系數大、施工技術要求高是大體積混凝土結構幾個突出的基本特點。另外，大體積混凝土結構在實際施工過程中，由于水泥水化熱所產生的熱量、混凝土收縮、外界條件等原因給混凝土結構所帶來的溫度應力和收縮應力等影響也是要明顯大于普通混凝土結構的。

1.2 大體積混凝土結構裂縫幾種常見類型

裂縫是混凝土結構施工過程中所易出現的普遍性問題之一，盡管實際施工中對于混凝土結構的設計是以承載能力極限狀態(tài)為基礎的，但裂縫卻是多數工程正常使用標準的主要控制因素。因此，要想有效減少和避免裂縫的產生，了解大體積混凝土結構裂縫的類型是必要前提條件。根據現代混凝土試驗研究和施工實際經驗案例總結，大體積混凝土結構裂縫主要包括以下幾種類型：

①寬度不小于0.05mm、肉眼可見的表面裂縫、貫穿裂縫和深層裂縫。表面裂縫是指在混凝土構件表面所產生的裂縫，多由內外溫差所致，一般發(fā)生在大體積混凝土結構澆筑初期；貫穿裂縫是切斷結構斷面、貫穿于整個構件截面的裂縫，對大體積混凝土結構的耐久性、穩(wěn)定性和防水性等性能具有嚴重負面影響，由體積變形、溫差和邊界條件約束等多因素引起；基礎約束范圍內的混凝土大面積處于拉應力狀態(tài)下時容易發(fā)生深層裂縫。②寬度小于0.05mm、不可見的骨料裂縫、粘著裂縫和水泥石裂縫。存在于骨料本身的裂縫即為骨料裂縫；存在于骨料周圍和水泥石粘面上的裂縫即為粘著裂縫；存在于骨料間水泥漿中的裂縫即為水泥石裂縫。前者主要受外部因素影響較大，而后者則受材料本身影響較大。

2 大體積混凝土結構裂縫的成因

2.1 溫度因素

溫度是造成大體積混凝土結構裂縫的主要因素之一，主要體現在外界氣溫變化、水泥水化熱和外部約束應力三方面。當外界氣溫發(fā)生變化時，大體積混凝土結構會與之產生溫差，進而產生溫度應力，溫差越大，溫度應力越大，大大增加混凝土表層與內部的溫度梯度，進而引發(fā)大體積混凝土結構裂縫。大體積混凝土結構截面厚度大，水泥水化過程中所釋放的大量熱量聚集在結構內部不易散發(fā)，致使混凝土內部溫度急劇上升，而初期澆筑的混凝土強度和彈性模量都很小，對水化熱溫度引發(fā)的變形約束較弱。隨著混凝土齡期的增長，逐漸增強的混凝土強度和彈性模量對混凝土收縮變形的約束也隨之變強，當溫度應力大到混凝土抗拉強度不足以抵抗時就會產生溫度裂縫。大量測溫試驗數據表明，混凝土澆筑3～5d內的內部溫度是最高的，而水泥水化熱在1～3d內放出的熱量約為總熱量的50%，是最多的，因而大體積混凝土澆筑初期非常容易產生溫度裂縫。外部約束應力也是溫度引發(fā)裂縫的一個主要體現。受下部地基限制，大體積混凝土與地基澆筑在一起時溫度會改變，從而產生外部約束應力。初期大體積混凝土應力松弛較大，壓應力小，隨著溫度降低，拉應力逐漸增大，當拉應力超出混凝土抗拉強度時就會產生垂直裂縫。

2.2 混凝土收縮因素

在水泥水化熱過程中，除了會釋放大量熱量引發(fā)溫度裂縫之外，還會造成大體積混凝土產生一定的體積變形。這種體積變形隨著混凝土水分的蒸發(fā)、干燥，可能會使大體積混凝土出現收縮裂縫。另外，處于塑性狀態(tài)下的大體積混凝土，當水平方向的減縮變得困難，或在某一方向的減縮收到限制時，往往容易出現一些不規(guī)則的塑性收縮裂縫。

3 大體積混凝土結構裂縫的控制措施

3.1 優(yōu)化混凝土結構設計

由前面介紹可知，大體積混凝土具有構件尺寸大、鋼筋用量多的特點，且不同工程項目施工難度、混凝土結構設計、技術要求不同。而實際案例表明，對大體積混凝土結構進行科學、合理設計，是減少裂縫出現的一個基本保障。優(yōu)化大體積混凝土結構設計，具體可以從兩方面入手：①對鋼筋進行合理配置?？紤]造成裂縫的各種因素進行補償配筋，按照密配筋、小直徑的原則增加配置構造鋼筋，使構造鋼筋具備溫度筋的作用，從而進一步提高大體積混凝土的抗裂性能。②采用永久性伸縮縫設計方法。該種設計方法在實際應用中能夠有效減弱約束應力。按照國家相關設計規(guī)范要求，對大體積混凝土的結構框架、剪力墻結構、伸縮縫等進行合理設計，降低由結構設計不合理所引發(fā)的大體積混凝土結構裂縫可能性。同時，在結構設計上還應融入一些有效的裂縫預防措施，進一步減少大體積混凝土裂縫的出現。

3.2 合理選用輔助材料

在優(yōu)化混凝土結構設計基礎上，還應對混凝土輔助摻料進行合理的選擇。值得注意的是，對于外加摻料的選取，應不影響混凝土結構正常使用性能。在此前提下，為了降低水泥水化反應釋放的熱量，可以選用低水化熱的水泥，如火山灰質硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等。這是大體積混凝土施工中，控制混凝土溫度上升的最基本方法之一，也是一種常用的有效控溫方法，對于由水泥水化引起的大體積混凝土內部溫升值可以起到很好的降低作用，進而有效減少大體積混凝土結構溫度裂縫的出現。對于外加料的選用，針對大體積混凝土結構施工，目前采用較多的是木質素磺酸鈣。這種外摻劑能夠節(jié)省水泥用量，在降低水泥水化熱的同時還可以減緩水化熱的釋放速度，不僅有利于大體積混凝土結構接縫，還能降低混凝土出現裂縫的概率。

骨料質量直接關系著混凝土的質量。在選擇骨料時，應嚴格按照國家相關標準規(guī)定，選用淤泥、有機物、黏土及其他物質含量不超標的骨料，保證用料安全。鑒于石子的含泥量對混凝土質量的影響較大，若含泥量不合格，將會對混凝土的徐變、強度、抗?jié)B性等多種性能造成不利影響，降低混凝土抗拉強度，加大混凝土的收縮，從而增加大體積混凝土結構發(fā)生裂縫的可能性。所以，為了降低這一因素影響，對于大體積混凝土骨料的選擇，砂子的含泥量應控制在2%以內，石子的含泥量應嚴格控制在1%以內。同時，在加工骨料時，也應對材料的質量、性能進行嚴格的控制，確保材料質量滿足大體積混凝土結構施工要求。

3.3 加強混凝土結構養(yǎng)護

養(yǎng)護是混凝土施工中的重要環(huán)節(jié)之一，做好大體積混凝土的后期養(yǎng)護工作至關重要。混凝土養(yǎng)護主要從兩方面著手，即覆蓋保溫材料和表面蓄水保濕。在大體積混凝土澆筑完成后，應在混凝土表面鋪上厚度適當的保溫材料，如木屑、草簾、爐渣、粘土等，以減小混凝土內部溫度與外界溫度的差值，防止混凝土發(fā)生表面裂縫。除此之外，在混凝土表面覆蓋保溫材料，還可以促進水泥水化的順利進行，避免產生過大的溫度應力，延緩混凝土表面冷卻速度，提高混凝土極限拉伸值，防止大體積混凝土出現貫穿裂縫和溫度裂縫。待大體積混凝土終凝后，在其表面蓄存一定量的水，可以對混凝土起到良好的養(yǎng)護效果，提高混凝土結構整體性能。

4 總結

由上可知，造成大體積混凝土結構出現裂縫的原因有很多，如溫度、收縮變形等。因此，在大體積混凝土實際施工過程中，必須要依據這些成因，嚴格遵守相關施工規(guī)范與要求，優(yōu)化大體積混凝土結構設計，合理選用外摻料，切實做好對大體積混凝土的養(yǎng)護工作，從各階段采取多措施對大體積混凝土結構裂縫加以全面、有效的控制，為大體積混凝土結構施工及工程整體施工提供安全保障。