大體積混凝土裂縫成因及預(yù)防

高楊　賴長春

摘 要：本文作者經(jīng)過多年現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，主要闡述了大體積混凝土的裂縫的成因及控制措施，以饗讀者。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；控制措施

一、大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的形式

大體積混凝土結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫，裂縫主要包括干燥收縮裂縫、塑性收縮裂縫、自身收縮裂縫、安定性裂縫、溫差裂縫、碳化收縮裂縫等。

1.收縮裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過程中會(huì)導(dǎo)致其體積的收縮，對(duì)于大體積混凝土，這種收縮更加明顯。如果混凝土的收縮受到外界的約束，就會(huì)在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的收縮應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。影響混凝土收縮的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品種?；炷林械挠盟亢退嘤昧吭礁?，混凝土收縮就越大。水泥品種對(duì)干縮量及收縮量也有很大的影響，一般中低熱水泥和粉煤灰水泥 的收縮量較小。

自身收縮是混凝土收縮的一個(gè)主要來源。自身收縮與干縮一樣，是由于水的遷移而引起的。但它不是由于水向外蒸發(fā)散失，而是因?yàn)樗嗨瘯r(shí)消耗水分造成凝膠孔的液面下降形成彎月面，產(chǎn)生所謂的自干燥作用，導(dǎo)致混凝土體的相對(duì)濕度降低及體積減小而最終自身收縮。

自身收縮主要發(fā)生在混凝土拌合后的初期。因此在模板拆除之前，混凝土的自身收縮大部分甚至全部已經(jīng)完成。在大體積混凝土里，即使水灰比并不低，自身收縮量值也不大，但是它與溫度收縮疊加到一起，就要使應(yīng)力增大，所以在水工大壩施工時(shí)早就將自身收縮作為一項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測定和考慮。

塑性收縮也是大體積混凝土收縮一個(gè)主要來源。在水泥活性大、混凝土溫度較高或者水灰比較低的條件下，混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時(shí)得到補(bǔ)充，這時(shí)混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點(diǎn)拉力，混凝土的表面就會(huì)出現(xiàn)分布不規(guī)則的裂縫。出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加快，于是裂縫迅速擴(kuò)展。所以在這種情況下混凝土澆筑后需要及早覆蓋養(yǎng)生。

2.溫差裂縫

混凝土內(nèi)部和外部的 溫差過大會(huì)產(chǎn)生裂縫。溫差裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過大。特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類裂縫。溫差的產(chǎn)生主要有三種情況：第一種是在混凝土澆筑初期，這一階段產(chǎn)生大量的水化熱，形成內(nèi)外溫差并導(dǎo)致混凝土開裂，這種裂縫一般產(chǎn)生在混凝土澆筑后的第3天（升溫階段）。另一種是在拆模前后，這時(shí)混凝土表面溫度下降很快，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。第三種情況是當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)峰值后，熱量逐漸散發(fā)而達(dá)到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值即內(nèi)部溫差。這三種溫差都會(huì)產(chǎn)生裂縫，但最嚴(yán)重的是水化熱引起的內(nèi)外溫差。大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用，由此形成的溫度收縮應(yīng)力是導(dǎo)致鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。這種裂縫有表面裂縫和貫通裂縫兩種。表面裂縫是由于混凝土表面和內(nèi)部的散熱條件不同，溫度外低內(nèi)高，形成了溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，表面的拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度而引起的。貫通裂縫是由于大體積混凝土在強(qiáng)度發(fā)展到一定程度，混凝土逐漸降溫，這個(gè)降溫差引起的變形加上混凝土失水引起的體積收縮變形，受到地基和其他結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時(shí)引起的拉應(yīng)力，超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)所可能產(chǎn)生的貫通整個(gè)截面的裂縫。這兩種裂縫不同程度上，都屬有害裂縫

3.安定性裂縫

安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起。

二、大體積混凝土控制溫度和收縮裂縫的技術(shù)措施

既然上述所列的裂縫主要是由溫差和收縮引起，那么主要談?wù)効刂茰囟群褪湛s的裂縫。

1.降低水泥水化熱和變形

（1）選用低水化熱或中水化熱的水泥品種配制混凝土，如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥等。

（2）充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，減少每立方米混凝土中水泥用量。根據(jù)試驗(yàn)每增減10kg水泥，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升降1℃。

（3）使用粗骨料，盡量選用粒徑較大、級(jí)配良好的粗細(xì)骨料；控制砂石含泥量；摻加粉煤灰等摻合料或摻加相應(yīng)的減水劑、緩凝劑，改善和易性、降低水灰比，以達(dá)到減少水泥用量、降低水化熱的目的。

（4）在基礎(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管，通入循環(huán)冷卻水，強(qiáng)制降低混凝土水化熱溫度。

（5）在厚大無筋或少筋的大體積混凝土中，摻加總量不超過20%的大石塊，減少混凝土的用量，以達(dá)到節(jié)省水泥和降低水化熱的目的。

（6）在拌合混凝土?xí)r，還可摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，使混凝土得到補(bǔ)償收縮，減少混凝土的溫度應(yīng)力。

（7）改善配筋。為了保證每個(gè)澆筑層上下均有溫度筋，可建議設(shè)計(jì)人員將分布筋做適當(dāng)調(diào)整。溫度筋宜分布細(xì)密，一般用φ8鋼筋，雙向配筋，間距15cm。這樣可以增強(qiáng)抵抗溫度應(yīng)力的能力。上層鋼筋的綁扎，應(yīng)在澆筑完下層混凝土之后進(jìn)行。

（8）設(shè)置后澆縫。當(dāng)大體積混凝土平面尺寸過大時(shí)，可以適當(dāng)設(shè)置后澆縫，以減小外應(yīng)力和溫度應(yīng)力；同時(shí)也有利于散熱，降低混凝土的內(nèi)部溫度。

2.降低混凝土溫度差

（1）選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開炎熱天氣澆筑混凝土。夏季可采用低溫水或冰水?dāng)嚢杌炷?，可?duì)骨料噴冷水霧或冷氣進(jìn)行預(yù)冷，或?qū)橇线M(jìn)行覆蓋或設(shè)置遮陽裝置避免日光直曬，運(yùn)輸工具如具備條件也應(yīng)搭設(shè)避陽設(shè)施，以降低混凝土拌合物的入模溫度。

（2）摻加相應(yīng)的緩凝型減水劑，如木質(zhì)素磺酸鈣等。

（3）在混凝土入模時(shí)，采取措施改善和加強(qiáng)模內(nèi)的通風(fēng)，加速模內(nèi)熱量的散發(fā)。

3.加強(qiáng)施工中的溫度控制

（1）在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，緩緩降溫，充分發(fā)揮徐變特性，減低溫度應(yīng)力，夏季應(yīng)注意避免曝曬，注意保濕，冬期應(yīng)采取措施保溫覆蓋，以免發(fā)生急劇的溫度梯度發(fā)生。

（2）采取長時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，規(guī)定合理的拆模時(shí)間，延緩降溫時(shí)間和速度，充分發(fā)揮混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”。

（3）加強(qiáng)測溫和溫度監(jiān)測與管理，實(shí)行信息化控制，隨時(shí)控制混凝土內(nèi)的溫度變化，內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內(nèi)，及時(shí)調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不至過大，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。

（4）合理安排施工程序，控制混凝土在澆筑過程中均勻上升，避免混凝土拌合物堆積過大高差。在結(jié)構(gòu)完成后及時(shí)回填土，避免其側(cè)面長期暴露。

如上分析了大體積混凝土的溫差裂縫和收縮裂縫，又說了這么多控制裂縫的措施，從源頭，過程和后續(xù)的補(bǔ)救措施。本文也是作者在經(jīng)歷幾個(gè)工地后的一些拙見，在以后的工作實(shí)踐中也將對(duì)更多的工程技術(shù)和方案進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，為祖國的建設(shè)事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。