大體積混凝土的裂縫控制的研究分析

王惠萍

[摘要]：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會對建筑物要求呈現(xiàn)多功能和大型化的趨勢，各種大型建筑物不斷出現(xiàn)在人們的視野，大型建筑不但滿足了人們?nèi)找嬖鲩L的需求，也提高了建筑業(yè)的管理質(zhì)量和工藝水平。大型建筑一般離不開大體積混凝土構(gòu)件，大體積混凝土構(gòu)件成為大型建筑的主體部分。但混凝土凝結(jié)固化時產(chǎn)生的水化熱是大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因之一，所以大體積混凝土裂縫控制是現(xiàn)澆工程中重要內(nèi)容之一，主要包括：溫度裂縫的成因分析、裂縫控制措施。本文將通過案例來對大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施進行研究，希望能為施工提供幫助。

[關(guān)鍵詞]：大體積混凝土；裂縫；控制；措施

[前言]：

當(dāng)今社會的經(jīng)濟，技術(shù)都到達(dá)了非常高的水平。在建筑物上也有所體現(xiàn)，出現(xiàn)了許許多多的大型建筑物，這不僅是滿足了人們生活中更高的追求，還體現(xiàn)出人類建筑方面的成就。大型建筑物多數(shù)由大體積混凝土構(gòu)件所組成。但大體積混凝土產(chǎn)生的裂縫，一直是阻礙建筑發(fā)展的重要因素。所以控制大體積混凝土的裂縫變得尤為重要。通過對一些大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生的理論知識的分析來為隨后的研究奠定一個堅實的理論基礎(chǔ)[1]。通過對有關(guān)大體積混凝土的裂縫控制的措施的比較研究，來說明設(shè)計、材料、施工方法等因素對大體積混凝土的裂縫控制的影響。最后來確定未來發(fā)展的方向。

1 大體積混凝土裂縫的種類

在混凝土中裂縫的產(chǎn)生是不可避免的，產(chǎn)生的裂縫時間、地點、方式和原因也十分豐富。為更好的辨識裂縫，防止裂縫的產(chǎn)生和做好修補工作，對裂縫進行了合理的分類。

首先裂縫分為有害裂縫和無害裂縫，本文將不涉及無害裂縫。通過裂縫在混凝土上出現(xiàn)的位置可將其分為表面裂縫和貫穿裂縫；在表面裂縫中通過裂縫的形狀又可分為橫向裂縫、縱向裂縫、斜裂縫、網(wǎng)狀裂縫、不規(guī)則短裂縫等；根據(jù)裂縫產(chǎn)生在硬化前還是硬化后，又可分為塑性裂縫和非塑性裂縫，在硬化之前的為塑性裂縫；根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因可分為變形裂縫和荷載裂縫。

而在大體積混凝土中有著兩種最主要的裂縫，溫差裂縫和變形裂縫。溫差裂縫是大體積混凝土裂縫中最主要的裂縫，其主要原因使大體積混凝土的內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生的[2]。收縮裂縫在大體積混凝土中出現(xiàn)的機率排在溫差裂縫之下，但也是十分常見的。在大體積混凝土硬化時，隨著溫度的下降和大量水分的蒸發(fā)流失會發(fā)生的收縮現(xiàn)象。當(dāng)收縮產(chǎn)生的收縮應(yīng)力大于混凝土自身的強度時就會產(chǎn)生收縮裂縫。

2大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生的原因

2.1水泥水化熱

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度而引起的。貫通裂縫是由于大體積混凝土在強度發(fā)展到一定程度，混凝土逐漸降溫，這個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)邊界條件的約束時引起的拉應(yīng)力，超過混凝土抗拉強度時所可能產(chǎn)生的貫通整個截面的裂縫。這兩種裂縫不同程度上，都屬有害裂縫。

2.2約束條件

結(jié)構(gòu)在變形時，會受到一定的阻礙而阻擋其自由變形，該阻礙稱為“約束”。前面講過，約束分為外約束與內(nèi)約束。大體積混凝土由于溫度變化產(chǎn)生變形，這種變形受到約束才產(chǎn)生應(yīng)力，在全約束條件下，混凝土結(jié)構(gòu)的變形，應(yīng)是溫差和混凝土線膨脹系數(shù)的乘積，當(dāng)變形超過混凝土的極限拉伸值時，結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)裂縫。由于結(jié)構(gòu)不可能受到全約束，且混凝土還有徐變變形，所以當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差在25℃甚至到達(dá)30℃情況下混凝土也可能不開裂。無約束就不會產(chǎn)生應(yīng)力，因此，改善約束對于防止混凝土開裂有積極作用。

2.3外界氣溫變化

溫度應(yīng)力時由溫差引起的變形造成的，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，外界氣溫的變換情況對大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生有重要的影響?；炷恋膬?nèi)部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)散熱降溫等各種溫度的疊加之和。外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也越高；如果外界溫度下降，會增加混凝土的降溫幅度，特別在外界氣溫劇降時，會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度，這對大體積混凝土極為不利。

2.4混凝土的收縮變形

混凝土的拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所需要的，其余80%都是要被蒸發(fā)掉的?；炷翋鬯嗨^程中要產(chǎn)生體積變形，多數(shù)是收縮變形，只有少數(shù)為膨脹變形，這主要取決于所采用的膠凝材料的性質(zhì)?；炷林卸嘤嗨恼舭l(fā)是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。這種干燥收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，就會產(chǎn)生收縮應(yīng)力，引起混凝土裂縫。

混凝土的干燥收縮機理較復(fù)雜，其主要原因是混凝土內(nèi)部空隙水隨著蒸發(fā)變化時引起的毛細(xì)管引力所導(dǎo)致。這種干燥收縮在很大程度上市可自行恢復(fù)的，如果處于水飽和狀態(tài)，混凝土還可以恢復(fù)達(dá)到原有的體積。除上述干燥收縮外，混凝土還產(chǎn)生碳化收縮。

其反應(yīng)方程式為：CO2+Ca（OH）2≒CaO3 +H2O

空氣中的二氧化碳（CO2）與和混凝土水泥石中的氫氧化鈣（Ca（OH）2）反應(yīng)生成碳酸鈣（CaO3），釋放出結(jié)合水導(dǎo)致混凝土收縮，產(chǎn)生裂縫。

3.結(jié)論

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生是一個非常復(fù)雜的過程，即有著繁多的化學(xué)變化，又有著稠密的物理變化。有些能用眼睛直觀的觀察出來，有些卻得使用儀器才能檢測出其中的問題。通過本文上述中大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的各種不同因素就可以知道解決裂縫問題并不是一件簡單的事，往往需要多種方法共同作用才能有效的控制。

[參考文獻(xiàn)]：

[1] 朱柳沅. 高層大體積混凝土工程施工技術(shù)研究[J]. 科技資訊， 2008（12）：24-24.

[2] Schutter G D. Fundamental study of early age concrete behaviour as a basis for durable concrete structures[J]. Materials & Structures， 2002， 35（1）：15-21.