大體積混凝土早期裂縫原因分析及控制措施

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隨著我國工程建設的蓬勃發(fā)展，大體積混凝土在建筑中得到廣泛應用，由于大體積混凝土的特點及多種原因，容易產(chǎn)生早期裂縫。本文從外界溫度、混凝土收縮、水泥水化熱、約束條件等方面分析了大體積混凝土早期裂縫產(chǎn)生的原因。從原材料、配合比、澆搗方法和后期養(yǎng)護等方面提出了大體積混凝土裂縫控制措施。

一、大體積混凝土內(nèi)部溫度分析

混凝土內(nèi)部溫度取決于混凝土本身所貯備的熱能。在絕熱條件下，混凝土內(nèi)混凝土內(nèi)部最高溫度為澆筑溫度與水泥水化熱溫度總和。實際施工過程中，由于混凝土內(nèi)部溫度與外界環(huán)境溫度之間存在溫差，并且混凝土四周不能充分散熱，所以新澆筑的混凝土與周圍環(huán)境之間便會發(fā)生熱能交換?；炷聊０濉⑼饨绛h(huán)境和養(yǎng)護條件等因素都會不斷改變混凝土內(nèi)部所貯備的熱能，并促使混凝土內(nèi)部溫度逐漸發(fā)生變化，表現(xiàn)為“由低到高，再由高到低”的變化過程，混凝土內(nèi)部最高溫度實際上是入模澆筑溫度、水泥水化熱引起的絕熱升溫和混凝土澆筑后的散熱溫度三者的疊加。

二、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，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理，原材料不合格(如堿骨料反應)，模板變形，基礎不均勻沉降等，歸納起來主要有以下幾點。

外界氣溫變化，大體積混凝土在施工階段，澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會大大增加內(nèi)外層溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應力是由于溫差引起溫度變形而造成的，溫差越大，溫度應力也越大。同時，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，內(nèi)部的最高溫度一般可達60℃-65℃，并且有較長的延續(xù)時間。因此，應采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應力。

混凝土的收縮，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)會引起混凝土體積收縮。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，在處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復膨脹并幾乎達到原有的體積。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)生很大的收縮應力，導致混凝土裂縫。影響混凝土收縮主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料以及施工工藝、養(yǎng)護條件等。

水泥水化熱，水泥在水化過程中要釋放一定的熱量，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數(shù)較小，所以水泥產(chǎn)生的熱量聚集在結構內(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，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大，產(chǎn)生溫度應力和收縮應力。水化熱產(chǎn)生的內(nèi)部最高溫度，多發(fā)生在澆筑后的最初3 至5 天，以后逐漸降低，這與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關。結構裂縫主要是由收縮和降溫引起的，前者引起自約束，主要引起表面裂縫，后者引起外約束，是導致貫通裂縫的主要原因。因此在降溫階段，如果溫差較大，則早期裂縫的可能性較大。

約束條件，大體積混凝土與地基澆在一起，早期混凝土溫度上升時，混凝土膨脹收到地基約束會產(chǎn)生壓應力，當后期溫度下降時，混凝土收縮受到地基約束便會產(chǎn)生拉應力，而在受拉時，當拉應力大于混凝土抗拉輕度時，就會在混凝土中出現(xiàn)垂直裂縫。

三、大體積混凝土裂縫的防控措施

（一）科學用料，合理調(diào)配

控制含泥量，根據(jù)結構斷面最小尺寸和泵送管道內(nèi)徑，選擇合理的最大粒徑，選用天然連續(xù)級配的粗集料，使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進而減少水化熱，宜采用級配良好的中砂，采用細度模數(shù)2.8的中砂比采用細度模數(shù)2.3 的中砂，可減少用水量20kg/m3-25kg/m3,可降低水泥用量28kg/m3-35kg/m3,因而降低了水泥水化熱。混凝土溫度升高收縮，選用合理砂率對混凝土的可泵性是有所提高的。

控制水灰比?；炷林袚饺胍欢〝?shù)量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，不但能代替部分水泥，而且粉煤灰顆粒呈球狀具有滾動效應，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性，并且能夠補充泵送混凝土粒徑在0.315mm 以下的細集料達到占15%的要求，從而改善了可泵性。摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰的混凝土后期強度高，在一定范圍內(nèi)60 天比28 天強度可增長20%左右。

減少水泥用量。選用水化熱較低的32.5 號礦渣硅酸鹽水泥，其早期的水化熱與同齡期的普通硅酸鹽相比，3 天的水化熱約低30%。大體積混凝土引起的裂縫的主要原因是水化熱的大量積聚，使早期混凝土升溫和后期降溫產(chǎn)生內(nèi)部和表面溫差。合理的選用水泥是控制溫度裂縫的有效措施。

（二）優(yōu)化澆搗方法

大體積混凝土施工段的劃分及澆筑順序應根據(jù)具體情況確定，混凝土可采用混凝土運輸車運到現(xiàn)場，汽車泵或混凝土輸送泵運送入倉，如采用非泵送混凝土，可采用吊車直接補料或搭設腳手架采用機動車布料。大體積混凝土須根據(jù)天氣預報，選擇最佳天氣條件進行澆筑，應盡量安排在低溫時段澆筑，以最大限度降低初凝溫度。在澆筑過程中，應遵循“同時澆搗，分層推進、一次到頂、循序漸進”的成熟工藝。振搗時重點控制兩點，即混凝土流淌的最近點和最遠點，振動點振動時不能漏振，盡可能采用兩次振搗工藝，以提高混凝土的密實度。

（三）加強后期養(yǎng)護

養(yǎng)護是一項十分關鍵的工作，養(yǎng)護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，促進混凝土強度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。根據(jù)工程的具體情況，應盡可能多養(yǎng)護一段時間，拆模后立即回土或覆蓋保護。同時預防驟冷氣候影響，以控制內(nèi)表溫差，防止混凝土早期和中期裂縫。養(yǎng)護用水的溫度應與現(xiàn)場測得的混凝土表面溫度接近，以免人為造成混凝土表面溫度梯度，進而出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土的養(yǎng)護，不僅要滿足強度增長的需要，還應通過溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂。

結束語

雖然學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時在實踐中的應用效果也是比較好的，具體在施工中要靠我們多觀察和比較，出現(xiàn)問題多分析總結，結合多種預防處理措施，加強現(xiàn)場協(xié)調(diào)與組織管理，混凝土的裂縫是完全可以避免的。