淺析大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的類型和原因

王鐵榮

赤峰市平莊建筑工程有限公司 內(nèi)蒙古 赤峰 024000

近幾年來，全國各地工程規(guī)模日趨擴大，結(jié)構(gòu)形式日益復雜，工業(yè)與民用建筑中的大體積混凝土越來越多。由于其體積大，表面積小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快，混凝土內(nèi)外溫差較大時，就會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫和收縮變形裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，所以必須從根本上分析它、解決它，從而來保證工程的施工質(zhì)量。

1 大體積混凝土結(jié)構(gòu)的定義和特點

1.1 大體積混凝土定義

大體積混凝土含義一般是指其體積大到必須采取措施處理水化熱產(chǎn)生的溫差，合理解決溫差變形引起的應力，并控制裂縫的產(chǎn)生或限制裂縫擴展的現(xiàn)澆混凝土。

1.2 大體積混凝土的特點

由于高層基礎多是混凝土體積較大的箱型、筏板和樁承臺較大的基礎，這種結(jié)構(gòu)有結(jié)構(gòu)厚、體積大、鋼筋密、混凝土數(shù)量多、工程條件復雜和施工技術(shù)要求高等特點。外荷載引起裂縫的可能性很小。但水泥的水化反應中釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化與混凝土收縮的共同作用，會產(chǎn)生較大溫度應力和收縮應力，是大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素。這些裂縫往往給工程帶來不同程度的危害，所以必須控制溫度應力和溫度變化裂縫的開展。

2 混凝土裂縫產(chǎn)生的類型和原因

2.1 混凝土裂縫產(chǎn)生的類型

按裂縫的寬度的不同，混凝土裂縫可分為 “微觀裂縫”和 “宏觀裂縫”兩種。

（1）微觀裂縫是指，在尚未承受荷載的混凝土結(jié)構(gòu)中存在著肉眼看不見的微觀裂縫，其寬度為0.05mm以下。又可分為粘著裂縫：骨料與水泥石粘面上的。水泥石裂縫：骨料間水泥漿中的裂縫。骨料裂縫：存在于骨料間的裂縫。前兩種的裂縫較多，且這些裂縫分布不規(guī)則、不貫穿，混凝土扔可承受拉力。

（2）宏觀裂縫是指裂縫寬度在0.05mm以上，肉眼可見的裂縫。其又可分為，表面裂縫、貫穿裂縫和深層裂縫三種。

1）表面裂縫：表面拉應力大于混凝土極限抗拉強度時出現(xiàn)的裂縫。

大體積混凝土澆筑初期，水泥水化熱大量產(chǎn)生，使混凝土的溫度迅速上升。由于混凝土表面散熱條件比較好，其熱量可以向大氣中散發(fā)，其溫度上升較少；而混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量不易散發(fā)，其溫度上升較多，混凝土內(nèi)部溫度高、表面溫度低，則形成溫度拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就產(chǎn)生了裂縫。

表面裂縫雖不屬于結(jié)構(gòu)性裂縫，但在混凝土收縮時，由于表面裂縫處的斷面已削弱，易產(chǎn)生應力集中的現(xiàn)象，能促使裂縫進一步擴展，對混凝土產(chǎn)生危害。

國內(nèi)外對裂縫寬度都有相應的規(guī)定，如我國的混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大允許裂縫寬度就有明確的規(guī)定：室內(nèi)正常環(huán)境下的一般構(gòu)件為0.3mm；露天或室內(nèi)高溫環(huán)境下為0.2mm。

2）貫穿裂縫：混凝土從高溫降溫引起混凝土收縮產(chǎn)生拉應力，當大于混凝土的極限抗拉強度時，混凝土整個截面出現(xiàn)貫穿裂縫。

大體積混凝土澆筑初期，混凝土處于升溫階段及塑性狀態(tài)，彈性模量較小，變形變化所引起的應力很小，溫度應力可忽略不計?；炷翝仓欢〞r間后，水泥水化熱基本已經(jīng)釋放，混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結(jié)果引起混凝土收縮，再加上混凝土多余水分蒸發(fā)引起的體積收縮變化，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束，不能自由變形，導致產(chǎn)生拉應力，當該拉應力超過混凝土極限抗拉強度時，混凝土整個截面就會產(chǎn)生貫穿裂縫。

貫穿裂縫切斷了混凝土結(jié)構(gòu)斷面，破壞了結(jié)構(gòu)整體性、穩(wěn)定性、耐久性、防水性，影響了混凝土的正常使用。應當采取一切措施控制貫穿裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

3）深度裂縫：表面裂縫發(fā)展而成深度裂縫?；A約束范圍內(nèi)的混凝土，處于大面積拉應力狀態(tài)，在這種區(qū)域若產(chǎn)生了表面裂縫，則極有可能發(fā)展成深度裂縫，甚至發(fā)展成貫穿裂縫。深度裂縫部分貫穿了結(jié)構(gòu)斷面，具有很大的危害性，施工中是不允許出現(xiàn)的。如果設法避免基礎約束區(qū)的表面裂縫，且混凝土內(nèi)外溫差控制適當，基本上可以避免出現(xiàn)深度裂縫和貫穿裂縫。

2.2 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下兩個方面：

（1）設計方面。大體積混凝土采用的強度等級日益增高，出現(xiàn)C40-C55甚至更高強度等級的高強混凝土，設計強度過高，水泥用量過大，必然造成混凝土水化熱過高，混凝土塊體內(nèi)外溫差過大，溫度應力極容易超過混凝土的抗拉強度，從而產(chǎn)生裂縫。

對于大體積混凝土，設計人員往往只重視滿足強度和抗沖切要求的結(jié)構(gòu)配筋和構(gòu)造配筋，而忽視配置控制溫度和收縮的構(gòu)造配筋，混凝土產(chǎn)生的溫度應力和收縮應力變形不能受到有效的約束，從而產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。

（2）施工方面。大體積混凝土裂縫主要產(chǎn)生在兩個階段：一是混凝土澆筑后的溫升階段，因混凝土內(nèi)部與表面溫差過大，致使表面產(chǎn)生較大拉應力，使混凝土表面開裂。二是在混凝土降溫階段，因混凝土內(nèi)部降溫過快，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大拉應力，從而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生貫穿裂縫。

施工段的劃分及澆筑順序不合理，組織安排不周密，模板使用不當，鋼筋銹蝕嚴重或運輸過程中嚴重變形，以及混凝土澆筑過程中配合比不準確、水灰比過大、養(yǎng)護不當?shù)鹊?，都可能引起大體積混凝土結(jié)構(gòu)的變形裂縫。

雖然大體積混凝土的產(chǎn)生裂縫的原因很多且很復雜，但只要嚴格按規(guī)范施工。制定相應的安全技術(shù)措施，認真積極的探索大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，盡早采取相應的預防措施，就能有效地控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。