高層大體積混凝土裂縫的成因及其控制措施

摘要：與一般的混凝土相比較，大體積混凝土具有形體龐大、混凝土數量較多、工程條件復雜、施工技術和質量要求高、混凝土絕熱溫升高和收縮等特點。因此，大體積混凝土經常出現的問題不是力學上的結構強度，而是混凝土的裂縫。如何防止大體積混凝土的開裂，一直是工程技術人員長期關心和共同研究的主要課題。本文簡要分析了大體積混凝土裂縫的成因及配制應注意的事項。

關鍵詞：大體積混凝土 裂縫 成因 配制

0 引言

高層建筑基礎主要的特點就是體積大，一般實體最小尺寸大于或等于1m。它的表面系數比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內部溫升比較快。混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度裂縫，影響結構安全和正常使用。

1 高層大體積混凝土的裂縫的簡要介紹

大體積混凝土內出現的裂縫按深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面，可能破壞結構的整體性和穩定性，其危害性是較嚴重的；而深層裂縫部分地切斷了結構斷面，也有一定危害性；表面裂縫一般危害性較小。

但出現裂縫并不是絕對地影響結構安全，它都有一個最大允許值。處于室內正常環境的一般構件最大裂縫寬度≤0.3mm；處于露天或室內高濕度環境的構件最大裂縫寬度≤0.2mm。

對于地下或半地下結構，混凝土的裂縫主要影響其防水性能。一般當裂縫寬度在0.1~0.2mm時，雖然早期有輕微滲水，但經過一段時 間后，裂縫可以自愈。如超過0.2~0.3mm，則滲漏水量將隨著裂縫寬度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中應盡量避免超過0.3mm貫穿全斷面的裂縫。如出現這種裂縫，將大大影響結構的使用，必須進行化學灌漿加固處理。

2 高層大體積混凝土裂縫的成因

大體積混凝土施工階段所產生的溫度裂縫，一方面是混凝土內部因素：由于內外溫差而產生的；另一方面是混凝土的外部因素：結構的外部約束和混凝土各質點間的約束，阻止混凝土收縮變形，混凝土抗壓強度較大，但受拉力卻很小，所以溫度應力一旦超過混凝土能承受的抗拉強度時，即會出現裂縫。這種裂縫的寬度在允許限值內，一般不會影響結構的強度，但卻對結構的耐久性有所影響，因此必須予以重視和加以控制。裂縫產生的主要原因有以下幾方面：

2.1 水泥水化熱

水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，所以水泥發生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發出去，以至于越積越高，使內外溫差增大。單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期而增長。由于混凝土結構表面可以自然散熱，實際上內部的最高溫度，多數發生在澆筑后的最初3~5天。

2.2 外界氣溫變化

大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會大大增加內外層混凝土溫差，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造成的；溫差愈大，溫度應力也愈大。同時，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內部的最高溫度一般可達60~65℃，并且有較長的延續時間。因此，應采取溫度控制措施，防止混凝土內外溫差引起的溫度應力。

2.3 混凝土的收縮

混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必須的，而約80%的水分要蒸發。多余水分的蒸發會引起混凝土體積的收縮?；炷潦湛s的主要原因是內部水蒸發引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態，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，這對混凝土是很不利的。影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝（特別是養護條件）等。

3 高層大體積混凝土養護的現狀

現行的規范、標準多數指出的是要養護多長時間，而沒有規定什么時候開始養護。

如圖1所示：混凝土約束應力是升溫產生的膨脹壓應力和自收縮產生的拉應力疊加的結果。在溫度達不到tz1以前，混凝土仍處于塑性狀態，故為零應力。此后溫度上升，混凝土內部產生壓應力(這時可以采取降溫措施)；溫度達到峰值后，開始下降到tz2時出現第二次零應力，此后即開始產生拉應力。如果在溫度達到tz1，以后向混凝土澆低于環境溫度的涼水就可能產生“熱振”，產生開裂。所以，必須控制灑水的時間和灑水的溫度。做到及“早”、盡“早”養護，養護時間長短適當。水灰比越低越需要即時加強外部補充水養護，但時間可以短些，一般0.45水灰比養護7d就可以，不必再延長養護時間。

4 對冷縫的控制措施

“冷 縫”是指現澆混凝土與已澆筑混凝土之間，由于間隔時間過長形成的隱形縫隙?，F在對這種縫隙沒有現有規范和標準進行檢驗。只是認為“只要在初凝前接茬就沒有問題”?；炷两硬鐣r間的控制：混凝土凝結到什么程度以前，它與新澆筑的混凝土之問粘結會不會受到損害呢?為此，對不同凝結程度的接縫處混凝土力學強度進行了試驗。

先在試模內澆筑一半混凝土，待這部分混凝土凝結程度達到貫人阻力的1.0MPa、2.0MPa和3.5MPa時，再澆筑另一半混凝土。劈裂試驗結果說明，隨著澆筑第二層混凝土時第一層混凝土凝結程度的增加(貫入阻力由1.0MPa增加到3.5MPa)，接縫處劈裂抗拉強度降低。將上述成型試件在接縫處劈開，發現貫入阻力為3.5MPa時澆筑第二層混凝土的試件，在接縫處整齊地劈為兩半，由此可見，接縫處的兩層混凝土并沒有結合成為整體，然而當一層混凝土貫入阻力為1.0MPa時，再澆筑第二層混凝土的試件，沒有一試件在接縫處破裂，更沒有整齊地劈為兩半，接縫處具有良好的整體性。試驗表明，當先澆筑的混凝土凝結進展到達初凝(貫入阻力3.5MPa)，再澆筑上面一層新混凝土，會產生冷縫，兩層混凝土之間的粘結會受到嚴重的損害，接縫處強度降低.結構不具有整體性。要避免形成冷縫，使兩層混凝土結合完整，應該在先澆筑的混凝土凝結進展到貫入阻力1.0MPa～3.5MPa以前澆筑新混凝土(見圖1)。

新拌混凝土達到初凝時，很難對混凝土進行有效的振動搗實，雖然振動棒在自身重量的作用下能夠下沉，振動棒周圍的混凝土也能夠形成流體，但只在振動棒周圍的小范圍內，搗實半徑太小，從實用角度看，振動搗實應該在混凝土的貫入阻力達到1.0MPa以前完成。對膨脹劑的盲目迷信。許多單位在大體積混凝土摻加膨脹劑，認為“膨脹可以抵消或抵抗收縮”。

對混凝土進行現場取樣、制作試件；對混凝土進行測溫，溫差最大的為19℃；制作的“冷縫”檢查試件，無一在接縫處劈裂；泵送順利、情況良好；混凝土表觀整潔、光滑、密實，無通病。