大體積抗?jié)B混凝土裂縫的成因和控制研究

黃鐘誠 賈更尕 張學(xué)珍 文培東 張 頂

大體積抗?jié)B混凝土的尺寸超過1 m之后，在水泥硬化過程中很容易產(chǎn)生水化熱，會使混凝土產(chǎn)生出較大的拉應(yīng)力和溫度應(yīng)力，引發(fā)材料收縮變形。當(dāng)前，各項工程中廣泛利用大體積抗?jié)B混凝土，在各種因素的影響下很容易產(chǎn)生裂縫問題，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的耐久性穩(wěn)固性受到影響，最終降低整體工程的質(zhì)量和效率。為了防治大體積抗?jié)B混凝土裂縫問題，施工單位需要分析裂縫種類和成因，并提出針對性的控制措施，以保障整體工程質(zhì)量。

1 大體積抗?jié)B混凝土裂縫種類概述

1.1 表面裂縫

大體積抗?jié)B混凝土澆筑施工完成后，將會在內(nèi)部不斷積累水化熱，逐漸提高混凝土內(nèi)部溫度，膨脹混凝土體積。如果沒有對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，混凝土表面實施散熱后將會逐漸降低表面溫度，發(fā)生降溫收縮問題。此時，混凝土表面處于收縮的狀態(tài)，而內(nèi)部處于膨脹的狀態(tài)，因此會產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果混凝土抗拉強(qiáng)度不符合需求，則將會引發(fā)裂縫問題，這種裂縫被稱作表面裂縫[1]。

1.2 深層裂縫

表面裂縫不斷發(fā)展，脫離約束后將會不斷向深處延伸，形成深層裂縫。其可切斷結(jié)構(gòu)斷面，整體深度為3 ～5 cm，沿約束面的方向不斷向上延伸。深層裂縫處于連續(xù)狀態(tài)中，具有一定的危險性，會嚴(yán)重影響到大體積抗?jié)B混凝土的施工質(zhì)量。

2 大體積混凝土裂縫原因與預(yù)防關(guān)聯(lián)

根據(jù)大體積混凝土產(chǎn)生的類別，結(jié)合產(chǎn)生的原因，國內(nèi)外科技工作性提出了不同的機(jī)理以及預(yù)防和解決的辦法。產(chǎn)生的種類、原因和預(yù)防措施之間的關(guān)系如圖1 所示。

圖1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因與預(yù)防關(guān)聯(lián)圖（來源：網(wǎng)絡(luò)）

3 大體積抗?jié)B混凝土裂縫成因

3.1 溫度應(yīng)力引發(fā)的裂縫

在澆筑大體積抗?jié)B混凝土的過程中，水泥發(fā)生水化現(xiàn)場不斷釋放熱量，而大體積抗?jié)B混凝土體積較大，不利于釋放熱量，因此混凝土內(nèi)部溫度不斷提高，增加了內(nèi)外溫差，在大體積抗?jié)B混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫問題[2]。

完成混凝土澆筑工作，外部環(huán)境溫度直接影響大體積抗?jié)B混凝土強(qiáng)度。在混凝土硬化階段，由于水泥水化作用不斷提高內(nèi)部溫度，在高溫天氣中澆筑大體積抗?jié)B混凝土將會增快水泥水化速度，同時也會加快混凝土強(qiáng)度發(fā)展。而在寒冷的天氣澆筑大體積抗?jié)B混凝土將會降低水泥水化速度，降低混凝土強(qiáng)度，同時凝土空隙中的水分子引發(fā)膨脹問題，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞?；炷猎诔跄A段整體強(qiáng)度較低，很容易發(fā)生損壞，而保持溫度的適宜性可以順利開展水泥水化過程，充分發(fā)展混凝土強(qiáng)度，從而滿足工程需求。

如果快速降低外界溫度，就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，引發(fā)混凝土開裂問題，如圖2所示。完成混凝土澆筑工作后，一些施工單位沒有及時開展養(yǎng)護(hù)工作，將會影響水泥水作用，混凝土強(qiáng)度也會因此受到影響。如果沒有完成水化作用，將會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部變得更加疏松，繼而引發(fā)干縮裂縫問題，導(dǎo)致混凝土的耐久性受到影響。在混凝土成型后，施工單位需要加強(qiáng)控制周圍環(huán)境的濕度和溫度，充分實現(xiàn)水泥水化，進(jìn)一步提高混凝土質(zhì)量。

圖2 大體積抗?jié)B混凝土溫差裂縫（來源 ：網(wǎng)絡(luò)）

3.2 沉降收縮和塑性收縮

混凝土在凝結(jié)過程中，粗骨料和大比重顆粒將會自然下沉，導(dǎo)致橫向體積增大的同時，豎向體積縮小，因此產(chǎn)生沉降收縮裂縫。在澆筑混凝土的過程中，外界溫度和風(fēng)力將會加快混凝土表面的水分損失，快速收縮混凝土體積，從而形成塑性收縮裂縫[3]?；炷猎诮K凝前會產(chǎn)生泌水現(xiàn)象，完成混凝土澆筑工作后，如果混凝土表面蒸發(fā)速度較快，并且超過了泌水速度，混凝土結(jié)構(gòu)將會產(chǎn)生拉應(yīng)力，產(chǎn)生裂縫問題。由于外界環(huán)境因素具有不確定性，外界溫度較高，將會快速蒸發(fā)混凝土表面水分，急速收縮混凝土表層，在終凝之前混凝土具有較低的抗拉強(qiáng)度，因此很容易產(chǎn)生裂縫問題。

3.3 原材料引發(fā)的裂縫

水泥是混凝土的重要組成部分，直接影響到大體積抗?jié)B混凝土的強(qiáng)度和耐久性等。因此，施工單位需要合理選擇水泥品種，如果品種選擇不合理將會引發(fā)裂縫問題。此外，施工單位要注意合理選擇水泥的強(qiáng)度等級，如果選用低強(qiáng)度水泥就會產(chǎn)生較多的水化熱，無法抵抗大體積抗?jié)B混凝土內(nèi)部的應(yīng)力，引致裂縫問題[4]。

骨料在混凝土中發(fā)揮著穩(wěn)固作用，因此選用的骨料質(zhì)量關(guān)系到大體積抗?jié)B混凝土性能。在選擇骨料的過程中，如果級配不符合標(biāo)準(zhǔn)或者具有較大的空隙率，就會增加水和水泥的用量，引發(fā)水化熱問題，從而產(chǎn)生裂縫。如果骨料中存在有害物質(zhì)，很容易影響到混凝土的強(qiáng)度和耐久性等。此外，骨料中的硫化物和水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將會使混凝土體積膨脹，從而引發(fā)裂縫問題。

4 大體積抗?jié)B混凝土裂縫控制措施

4.1 合理選擇大體積抗?jié)B混凝土原材料

大體積抗?jié)B混凝土各項指標(biāo)比較高，因此需要提高大體積抗?jié)B混凝土配合比的合理性，預(yù)防發(fā)生裂縫。施工單位需要根據(jù)施工條件合理選擇水泥品種和骨料以及外加劑等[5]。

4.1.1 選擇水泥

為了控制水化熱情況，施工單位選擇的水泥要具備較低水化熱，同時注意合理調(diào)整水泥細(xì)度模數(shù)，可以選擇粉煤灰硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥等。

4.1.2 選擇骨料

選擇粗骨料的過程中，要盡量選擇碎石，控制碎石粒徑在5 ～25 mm。因為利用較大粒徑的粗骨料可以優(yōu)化整體級配，降低整體孔隙率，同時可以發(fā)揮出良好的和易性和抗壓性，減少水泥和水的用量，從而降低水化熱，避免產(chǎn)生裂縫問題。

選擇細(xì)骨料的過程中，要選擇中砂或者中粗砂，粒徑控制在0.5 mm 以內(nèi)，同時要控制細(xì)骨料的含泥量在5%以內(nèi)。中粗砂具有較小的孔隙率，可以減少水泥和水的用量，減少水化熱情況，有效控制大體積抗?jié)B混凝土的收縮[6]。

4.1.3 選擇外加劑

施工單位需要結(jié)合施工要求合理選擇外加劑，合理改善大體積抗?jié)B混凝土的和易性，減少運輸過程中的損失。同時控制混凝土放熱，從而降低裂縫問題的發(fā)生率。大體積抗?jié)B混凝土外加劑比較多，在選擇減水劑的過程中，其包括普通減水劑和高效減水劑等，利用減水劑可以改善大體積抗?jié)B混凝土的和易性，同時可以降低水灰比，提高混凝土強(qiáng)度，減少水泥用量，減少混凝土收縮，進(jìn)而有效控制裂縫問題。

在高溫施工環(huán)境中，為了控制混凝土的坍落度，施工單位可以摻加緩凝劑，降低混凝土水化熱速度。引氣劑主要包括松香樹脂類和脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽類等，通過利用引氣劑可以控制混凝土的含水量，同時可以減少干縮變形和溫度收縮變形，提高混凝土的抗?jié)B性。摻入膨脹劑，經(jīng)過水化反應(yīng)后將會產(chǎn)生一定程度的體積膨脹，因此需要控制混凝土凝縮體積。同時，水化反應(yīng)后將會產(chǎn)生鈣礬石等，可以填充混凝土孔隙，提高混凝土的抗裂性和抗?jié)B性。

4.2 合理選擇施工措施

一是加強(qiáng)控制混合料澆筑溫度。在實際施工中，石子和水的溫度關(guān)系到混合料出機(jī)溫度，因此施工單位在施工現(xiàn)場要注意遮陽處理砂石，可以利用管道輸送材料，同時要注意在管道外包裹草袋，并采用灑水降溫等措施。

二是控制混凝土溫度。將冷卻水管埋在混凝土中，利用循環(huán)水控制混凝土溫度。為了降低大體積抗?jié)B混凝土的溫度，可以在基礎(chǔ)內(nèi)部埋設(shè)降溫排管，并且分為上下兩層。利用Φ32 管壁鋼管，并且利用焊接連接方式，在每層布置“M”形降溫排管平面，控制降溫排管邊和模板半圓的距離在0.5 m 以上。

三是推廣新工藝。在實際施工過程中施工單位需要合理推廣新工藝，提高混凝土抗壓強(qiáng)度。通過利用二次振搗工藝可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的密實度，而利用砂漿裹石或者凈漿裹石工藝能夠避免集中水分，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度。

四是分段分層連續(xù)澆筑。為了避免聚集熱量，施工單位需要利用分層連續(xù)澆筑措施。因為大體積抗?jié)B混凝土工程量較大，具有較大的澆筑面積，不適合利用分層澆筑方法，所以可利用分段分層澆筑方式。

五是處理混凝土泌水?；炷涟l(fā)生泌水問題將會導(dǎo)致大體積抗?jié)B混凝土表面發(fā)生開裂問題，對此可以在側(cè)膜預(yù)留孔洞，負(fù)責(zé)排除泌出的水分。

六是處理表面裂紋。如果大體積抗?jié)B混凝土表面產(chǎn)生裂紋，施工單位要利用刮尺刮平表面，然后均勻地涂刷水泥漿和聚合物，再利用滾筒反復(fù)碾壓，避免侵入水分[7]。

4.3 合理澆筑大體積抗?jié)B混凝土

如果整體施工面積比較小，可以利用分層澆筑方式，而如果施工面積比較大，則可以利用分段分層澆筑方式。針對長條狀結(jié)構(gòu)，需要利用斜面分層澆筑方式。不同的澆筑方式可以優(yōu)化大體積抗?jié)B混凝土性能，施工單位需要合理養(yǎng)護(hù)大體積抗?jié)B混凝土，控制混凝土的含水量和表面溫度，避免產(chǎn)生裂縫問題。養(yǎng)護(hù)工作中，施工單位需要控制養(yǎng)護(hù)時間，在澆筑混凝土的過程中利用覆蓋等措施或者在表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑。施工單位需要結(jié)合大體積抗?jié)B混凝土特征和施工條件等合理選擇養(yǎng)護(hù)方法。遇到高溫或者強(qiáng)風(fēng)等極端天氣，施工單位需要采取遮陽或者遮風(fēng)措施，比如利用潮濕的麻布包裹混凝土表面，可以控制水分蒸發(fā)。

完成大體積抗?jié)B混凝土澆筑工作后，需要立即開展養(yǎng)護(hù)工作。此外，施工單位要及時控制混凝土溫度，利用溫度探頭檢測混凝土內(nèi)部溫度。如果外部環(huán)境發(fā)生變化，則需要及時采取保溫或降溫措施，從而有效穩(wěn)定大體積抗?jié)B混凝土的內(nèi)外溫差。

5 結(jié)語

為了控制大體積抗?jié)B混凝土的裂縫，施工單位需要分析裂縫的成因，提出針對性的控制措施，保障大體積抗?jié)B混凝土的耐久性和穩(wěn)定性，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，從而保障整體工程質(zhì)量，促進(jìn)我國建筑行業(yè)健康發(fā)展。