探析大體積混凝土防裂措施

楊 濤

(青島康力商砼工程有限公司，山東 青島 266205)

1 大體積混凝土的概念

針對大體積混凝土，盡管當(dāng)前我國并未給出明確的定義與標(biāo)準(zhǔn)，但基本上已經(jīng)形成了共識，也就是當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)太大的時候，應(yīng)運用技術(shù)手段將因為水化熱形成的體積變形有效解決，促使開裂影響最大化減少的混凝土便叫作大體積混凝土[1]。立足于我國相關(guān)文件規(guī)定，混凝土結(jié)構(gòu)物中實體的最小尺寸超過1米的部分所用的混凝土被叫作大體積混凝土?，F(xiàn)階段，大體積混凝土裂縫的類型主要有結(jié)構(gòu)型裂縫和材料裂紋兩類：首先，結(jié)構(gòu)型裂縫，此裂縫產(chǎn)生的主要原因是受外負(fù)荷的影響，結(jié)構(gòu)的二次應(yīng)力和主要應(yīng)力形成的裂縫。其次，材料裂縫，此裂縫的主要原因是混凝土收縮和溫度應(yīng)力引發(fā)的裂縫。大體積混凝土的施工需要投入較長的時間，在混凝土澆筑與施工過程中，這時候設(shè)計負(fù)荷未完全作用在混凝土上，所以因為外負(fù)荷造成大體積混凝土裂縫出現(xiàn)的概率并不大。

2 大體積混凝土裂縫的危害

混凝土主要由水、水泥、砂石骨料和其他外加材料組成，是一種非均質(zhì)脆性材料。因為混凝土結(jié)構(gòu)自身和施工的影響，硬化成型的混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部會有諸多氣穴和微孔隙的問題。通常而言，微裂縫是一種無害裂縫，幾乎不會直接影響混凝土防滲和承重效果[2]。但是，受溫差影響或荷載作用，混凝土結(jié)構(gòu)的微裂縫會有所擴大，通常串聯(lián)在一起，最終形成我們經(jīng)常見到的裂縫，即混凝土裂縫。

只要大體積混凝土有顯著的裂縫出現(xiàn)，特別是基礎(chǔ)貫通裂縫，通常會危害建筑主體結(jié)構(gòu)位置，如促使構(gòu)件承載力和結(jié)構(gòu)耐久性降低等，嚴(yán)重的時候，甚至?xí)ㄖ黧w的使用效果造成危害。最關(guān)鍵的是，若是工程混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題嚴(yán)重，長此以往，很容易影響地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，引發(fā)嚴(yán)重的不均勻沉降問題。這樣便會嚴(yán)重危害工程質(zhì)量。

3 大體積混凝土裂縫形成原因

3.1 沉降原因

在建筑工程施工過程中，只要有建筑物或地基不均勻沉降問題出現(xiàn)，便會促使混凝土構(gòu)件出現(xiàn)拉應(yīng)力以及剪應(yīng)力等現(xiàn)象，若是這種應(yīng)力超出自身可承受范圍，便會導(dǎo)致沉降裂縫出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土構(gòu)件變形和彎曲[3]。之所以出現(xiàn)此問題，第一，是因為建筑物地基邊坡受到外力影響，地面高度差較大，這種因素極易導(dǎo)致深層裂縫以及貫穿性裂縫問題出現(xiàn)，進(jìn)而對建筑體造成極大的危害；第二，是因為工程地基中有諸多淤泥以及雜填土，進(jìn)而促使其承載能力與強度降低，當(dāng)其承受的荷載量較大時，沉降裂縫問題出現(xiàn)率便很高；第三，是因為地基土下面有軟土層或暗溝等，以及地基中存在分布不均、土質(zhì)程度各不相同等問題。

3.2 材料原因

混凝土裂縫出現(xiàn)的主要原因是水泥和粗細(xì)骨料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，在混凝土構(gòu)件施工中，部分活性骨料可能和堿骨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而影響混凝土構(gòu)件質(zhì)量，比如混凝土膨脹或疏松等，從而為之后埋下諸多隱患，進(jìn)而降低混凝土構(gòu)件承載能力，與此同時，水泥壓力、自重以及揚壓力也是造成混凝土裂縫出現(xiàn)的重要因素。

3.3 混凝土內(nèi)外溫差過大

大體積混凝土具有表面系數(shù)小、結(jié)構(gòu)斷面厚等特點，所以在澆筑的時候形成的熱量難以散發(fā)，如果沒有運用有效的保溫手段或環(huán)境溫度太低，將會加大混凝土內(nèi)外溫差，從而致使裂縫出現(xiàn)。主要原因有下述幾個方面：首先，混凝土構(gòu)件澆筑后并未采取有效措施做好保溫和養(yǎng)護工作；其次，混凝土構(gòu)件分層和分段太厚重；最后，環(huán)境溫度太低，水泥水熱化過大。

3.4 塑性收縮裂縫

處于塑性狀態(tài)的混凝土，也就是還沒有硬化、凝結(jié)前的混凝土，受水分蒸發(fā)等因素的影響，塑性收縮裂縫的出現(xiàn)率較高，此裂縫深度較小，在混凝土構(gòu)件表面較為常見，在干熱或大風(fēng)天時極易發(fā)生，裂縫長度和寬度分別在20cm左右、1～5mm左右，具有形狀互不連貫，兩端長度不同等特點。受大風(fēng)或高溫的影響，混凝土處于塑性狀態(tài)，基本上可以說沒有強度，所以混凝土構(gòu)件極易出現(xiàn)早期自收縮和塑性沉降收縮和進(jìn)而出現(xiàn)裂縫問題。

4 大體積混凝土防裂措施

4.1 設(shè)計措施合理

必須確保混凝土總體配筋量的充足性，合理設(shè)置構(gòu)造筋，根據(jù)一定的直接與間距排列、布置配筋，以此確保達(dá)到最小配筋率的要求，因為鋼筋可以確保大體積高強混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力的平衡性，從而促使混凝土抗裂性能提升。要想有效防止因為應(yīng)力集中突然改變結(jié)構(gòu)，應(yīng)積極運用有效措施管理容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的部位，將暗梁增設(shè)在邊緣容易開裂之處，促使配筋率增大，促進(jìn)混凝土極限抗拉強度增強。同時，應(yīng)把施工溫度納入考慮范圍，對后澆帶進(jìn)行合理設(shè)置，每隔30m 設(shè)置施工后澆帶，其寬度為80cm～100cm，通常保留時間在60d以上[4]。

4.2 合理選擇混凝土原材料

4.2.1 水泥的選擇

大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，主要是因為積聚了大量的水泥化熱，導(dǎo)致早期升溫和后期降溫現(xiàn)象出現(xiàn)。所以，低水化熱的水泥是最佳選擇，以將水熱化帶給混凝土裂縫的影響最大化減小，詳見表1。

表1 實測值與中低熱水泥水化熱標(biāo)準(zhǔn)值對比表

4.2.2 骨料的選擇

應(yīng)優(yōu)先選擇含泥量低和熱膨脹系數(shù)小的骨料，同時對骨料的連續(xù)級配進(jìn)行強調(diào)，若是條件允許，應(yīng)盡量使用大粒徑的骨料。如此，首先，骨料的強度比水泥膠體大很多，可以對混凝土的收縮變形進(jìn)行控制；其次，運用連續(xù)級配的骨料，可以促進(jìn)骨料在混凝土中的占比增多，促使水泥用量顯著減少，從而將水化熱降低。

在澆筑大體積混凝土?xí)r，可以根據(jù)設(shè)計，對一定量規(guī)定粒徑的毛石進(jìn)行拋埋，將粒徑為150mm～250mm、沖洗干凈、沒有裂縫的堅固大石塊摻入。如此，既可以將水泥石總用量減少，進(jìn)而使水泥用量減小，降低水化熱，同時石塊也能將發(fā)熱量吸收，可以顯著降低水化熱，這對裂縫的控制極為有利[5]。

4.2.3 外加劑的選擇

第一，在混凝土強度和易性得到滿足的基礎(chǔ)上，為了有效控制水量，需要將適量的高效減水劑摻入其中。這樣做可以促使混凝土的單位用水量減少，促進(jìn)混凝土的早后期強度以及和易性提高。

第二，可以在普通水泥混凝土中摻入膨脹劑。如此，可以促使混凝土發(fā)生微膨脹對收縮進(jìn)行補償，同時基于相關(guān)約束，在混凝土中對0.2MPa～0.8MPa的自應(yīng)力進(jìn)行構(gòu)建，將收縮過程推遲，確?；炷劣凶銐虻臅r間將抗壓強度和抗拉強度顯著提高。

除此之外，還可以將適量的粉煤灰加入。粉煤灰可以使混凝土的和易性得到改善，將膠凝物質(zhì)增多，減少混凝土的水灰比，顯著降低早期水熱化。據(jù)相關(guān)實驗證實：將水泥用量15%的粉煤灰摻入，可以降低約15%的水化熱。

4.3 運用合理的施工方法

針對大體積混凝土來說，合理的施工方法可以有效防止裂縫產(chǎn)生。所以，施工人員必須采用規(guī)范的施工技術(shù)開展大體積混凝土施工工作，制定切實可行的大體積混凝土澆筑方案，以有效預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。在大體積混凝土施工過程中，可以采用分層的方式，而此方式又分成斜面、分段和全面分層三類。全面分層應(yīng)按照豎向展開施工，將大體積混凝土分為不同層次，完成第一層澆筑后，應(yīng)在混凝土還沒有初凝時馬上進(jìn)入澆筑下一層，然后再一層一層進(jìn)行澆筑，這種施工方式可以讓大體積混凝土更好地散熱，防止溫度不斷升高。但應(yīng)注意，只有在小面積建筑工程中適合應(yīng)用全面分層的混凝土澆筑方式。就部分大面積建筑工程而言，可以借助分段分層的方式展開混凝土澆筑工作，這種方法應(yīng)朝著水平方向進(jìn)行，斜面分層的方法則在長條狀結(jié)構(gòu)施工中十分適用。

4.4 大體積混凝土養(yǎng)護措施

大體積混凝土養(yǎng)護的關(guān)鍵點是使溫度和濕度的適宜性得到保證，使混凝土內(nèi)外部溫差得到有效控制，為混凝土強度的正常發(fā)展提供保障，以免出現(xiàn)混凝土裂縫。在養(yǎng)護大體積混凝土的過程中，不僅要提高混凝土的強度，同時需要對混凝土的溫度進(jìn)行控制，防止溫度變化致使混凝土裂縫產(chǎn)生。大體積混凝土養(yǎng)護溫度控制措施主要有：首先，混凝土內(nèi)外溫度之間、混凝土表面溫度和室外最低氣溫之間的相差不能超過20℃，抗裂能力充足的結(jié)構(gòu)混凝土，溫差應(yīng)保持在25℃～30℃之間。其次，在拆除大體積混凝土模板的過程中，混凝土的內(nèi)外溫度之間、表面溫度和外界氣溫之間的溫差不能超過20℃。再次，大體積混凝土可以借助內(nèi)部降溫法促使混凝土內(nèi)外溫差降低。內(nèi)部降溫法主要是借助將水管預(yù)埋在混凝土內(nèi)部，把冷卻水注入，促使大體積混凝土內(nèi)部的最高溫度降低，澆筑完大體積混凝土后要第一時間冷卻。最后，將鋸末、濕砂、草袋等保溫材料覆蓋在大體積混凝土結(jié)構(gòu)表面以及模板外側(cè)，促使混凝土散熱速度放慢，同時確保大體積混凝土內(nèi)外部溫差始終保持在20℃以下。將混凝土養(yǎng)護時間延長，混凝土拆模后第一時間覆蓋保護，以免受到環(huán)境氣溫降低的影響，防止早中期裂縫出現(xiàn)。

5 結(jié)語

總而言之，現(xiàn)階段，我國經(jīng)濟發(fā)展日益加快，工程項目數(shù)量不斷增多，在此形勢下，大體積混凝土的應(yīng)用越來越廣泛。但在大體積混凝土施工中，盡管具有諸多優(yōu)勢，如果不能科學(xué)合理地有效處理，在實際應(yīng)用中仍會出現(xiàn)一些裂縫現(xiàn)象。導(dǎo)致大體積混凝土裂縫出現(xiàn)的原因多種多樣，大體積混凝土的裂縫和施工極其構(gòu)筑物息息相關(guān)，難以確保構(gòu)筑物使用的安全性。在設(shè)計和施工過程中，設(shè)計人員與施工人員應(yīng)樹立較強的混凝土防裂意識，從各個方面入手，加大對混凝土防裂技術(shù)的應(yīng)用力度，確保混凝土施工質(zhì)量，防止出現(xiàn)混凝土裂縫超標(biāo)的情況。