大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫原因及控制措施

莊超喜

（廣東省揭陽電力工程公司，廣東 揭陽 522000）

1 概述

現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑中,大體積混凝土的工程規(guī)模越來越多，其結(jié)構(gòu)形式也日趨復(fù)雜。大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)和施工組織都較復(fù)雜，施工時(shí)應(yīng)十分慎重，否則易出現(xiàn)質(zhì)量事故，造成不必要的損失。組織大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工，在模板、鋼筋和混凝土工程方面有許多技術(shù)問題要逐個(gè)解決。本文著重介紹大體積混凝土的裂縫控制。

2 裂縫產(chǎn)生的原因

引起大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原因較復(fù)雜，正常情況主要可分為兩大類作用,即外荷載作用和變形作用。裂縫一般在混凝土澆注短期內(nèi)形成，此時(shí)設(shè)計(jì)荷載尚未作用于結(jié)構(gòu)上，因此由外荷載引起裂縫的可能性很小。國內(nèi)外大量調(diào)查說明，由于"變形荷載"引起的裂縫約占80%以上，變形作用包括：溫度變化、生產(chǎn)熱源、水泥水化熱引起的溫度變形作用；溫度變形作用(收縮和膨脹變形)；地基不均勻變形作用(水平變形和垂直變形)等。各類裂縫產(chǎn)生的主要影響因素如下：

2.1 原材料方面的影響

水泥水化過程中放出大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7d左右，水泥水化熱為167～251J/g，從而使混凝土內(nèi)部升高（可達(dá)70℃左右，甚至更高），尤其對于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會(huì)形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2.2 混凝土收縮的影響

混凝土在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(shí)（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

2.3 外界氣溫濕度變化的影響

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會(huì)愈高；如果外界溫度降低則又會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮，也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

2.4 其他因素的影響

建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降也會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫會(huì)隨著基礎(chǔ)沉降而不斷的增大，待地基下沉穩(wěn)定后，將不會(huì)變化。混凝土配合比不良會(huì)造成混凝土塑性沉降裂縫，一般是混凝土配合比中，粗骨料級配不連續(xù)、數(shù)量不夠，砂率及水灰比不當(dāng)所造成的裂縫。水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3 防止產(chǎn)生裂縫的措施

大體積混凝土的裂縫破壞了結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性、危害嚴(yán)重，必須加以控制，大體積開裂主要是水化熱使混凝土溫度升高引起的，所以采用適當(dāng)措施控制混凝土溫度升高和溫度變化速度，在一定范圍內(nèi)，就可避免出現(xiàn)裂縫。這些措施包含了混凝土施工的全過程，包括選擇混凝土組成材料、施工安排、澆筑前后降低混凝土的措施和養(yǎng)護(hù)保溫等。

3.1 優(yōu)選混凝土各種原材料

3.1.1 水泥的選擇

理論研究表明大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。因此在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強(qiáng)度和坍落度不受損失，可適度增加活性細(xì)摻料替代水泥。

3.1.2 骨料的選擇

在選擇粗骨料時(shí)，可根據(jù)施工條件，盡量選用粒徑較大、質(zhì)量優(yōu)良、級配良好的石子。既可以減少用水量，也可以相應(yīng)減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。在選擇細(xì)骨料時(shí)，采用平均粒徑較大的中粗砂，從而降低混凝土的干縮，減少水化熱量，對混凝土的裂縫控制有重要作用。

3.1.3 摻加外加料和減水劑

摻加適量粉煤灰，可減少水泥用量，從而達(dá)到降低水化熱的目的。但摻量不能大于30%。摻加適量的減水劑，它可有效地增加混凝土的流動(dòng)性，且能提高水泥水化率，增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度，從而可降低水化熱，同時(shí)可明顯延緩水化熱釋放速度。

3.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

3.2.1 精心設(shè)計(jì)混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用"三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）"的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。

3.2.2 增配構(gòu)造筋提高抗裂性能。配筋應(yīng)采用小直徑、小間距。

3.2.3 避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中，在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施。

3.3 施工控制措施

3.3.1 控制混凝土入模溫度

入模溫度的高低，與出機(jī)溫度密切相關(guān)，另外還與運(yùn)輸工具、運(yùn)距、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)、施工氣候等有關(guān)。在溫度較高的情況下進(jìn)行施工，可以在施工現(xiàn)場對堆在露天的砂石用布覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時(shí)對澆筑前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水。如果是在冬季進(jìn)行施工，因?yàn)橐乐乖缙诨炷帘粌鰡栴}，所以要求混凝土澆筑時(shí)應(yīng)該具有較高的澆筑溫度。在澆筑混凝土以前還應(yīng)該對基礎(chǔ)及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預(yù)熱，對原材料應(yīng)視氣溫高低進(jìn)行加熱。

3.3.2 嚴(yán)格控制混凝土的澆筑速度，一次澆注的混凝土不可過高、過厚，以保證混凝土溫度均勻上升。保證振搗密實(shí)，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，移動(dòng)距離和插入深度，嚴(yán)防漏振及過振。

3.3.3 砼溫度控制、監(jiān)測與養(yǎng)護(hù)

①砼溫度控制、監(jiān)測。為降低大體積混凝土的水化熱，在混凝土的內(nèi)部通入冷卻循環(huán)水，采用循環(huán)法保溫養(yǎng)護(hù)，以便加快混凝土內(nèi)部的熱量散發(fā)。為能夠較準(zhǔn)確地測量出砼內(nèi)部溫度，在砼中預(yù)埋測溫管，用水銀溫度計(jì)測溫。上下層溫差控制在15~20℃之內(nèi)。根據(jù)各測點(diǎn)的溫度，可及時(shí)繪制出混凝土內(nèi)部溫度變化曲線，對照混凝土理論計(jì)算值，分析存在的問題，有的放矢地采取相應(yīng)的技術(shù)措施。②砼養(yǎng)護(hù)。砼養(yǎng)護(hù)是大體積砼施工中一項(xiàng)十分關(guān)鍵的工作。主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土的內(nèi)外溫差，促進(jìn)砼強(qiáng)度的正常發(fā)展及防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。從砼澆筑完成到終凝這段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)對砼而言十分重要。混凝土澆筑完畢后，在其頂面及時(shí)加以覆蓋，要求覆蓋嚴(yán)密，并經(jīng)常檢查覆蓋保濕效果。其主要作用有二：一是蓄水保溫，防止表面水分蒸發(fā)和抵抗受太陽輻射與刮風(fēng)時(shí)溫度驟變，二是保持內(nèi)外溫差的穩(wěn)定。

3.3.4 健全施工組織管理

在制訂技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施的同時(shí)，還需落實(shí)組織指揮系統(tǒng)，逐級進(jìn)行技術(shù)交底，做到層層落實(shí)，確保順利實(shí)施。

4 結(jié)束語

對于混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，為此需要精心設(shè)計(jì)、施工，掌握住它的基本知識，并根據(jù)實(shí)際采取有較措施，會(huì)使施工質(zhì)量得到很好的保證。以上各項(xiàng)技術(shù)措施并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的，設(shè)計(jì)和施工中必須結(jié)合實(shí)際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。

實(shí)踐證明，在優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，改善施工工藝，提高施工質(zhì)量，做好溫度監(jiān)測工作及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等方面采取有效技術(shù)措施，堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理，完全可以控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發(fā)生。

[1]國家標(biāo)準(zhǔn)，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002