大體積混凝土裂縫防治

向 魯 裴克珺

1 概述

近年來(lái)混凝土結(jié)構(gòu)因其材料廉價(jià)物美、施工方便、承載力大、可裝飾強(qiáng)等特點(diǎn)日益受到人們的歡迎，于是大體積混凝土逐漸成為構(gòu)成大型設(shè)施或構(gòu)筑物主體的重要組成部分。所謂大體積混凝土，我國(guó)的《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》認(rèn)為，建筑物的基礎(chǔ)最小邊尺寸在1 m～3 m范圍內(nèi)就屬于大體積混凝土。但是大體積混凝土經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂縫，所以如何采取有效措施防止大體積混凝土的開(kāi)裂是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。

總體說(shuō)來(lái)，大體積混凝土裂縫一般可分為以下兩種形式:

1)貫穿性裂縫。這種裂縫特征是由交界面向上延伸，靠近基底最大而在上部較小，嚴(yán)重的會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性和穩(wěn)定性等，影響正常使用，危害嚴(yán)重，其產(chǎn)生的原因是溫度應(yīng)力作用的結(jié)果。

2)表面裂縫。這種裂縫一般產(chǎn)生很早，多呈不規(guī)則狀態(tài)，深度較淺，屬表面性質(zhì)，表面裂縫易產(chǎn)生應(yīng)力集中，能促使裂縫進(jìn)一步開(kāi)展。

從控制裂縫的觀點(diǎn)來(lái)講，混凝土表面裂縫危害較小，而貫穿性裂縫危害很大，因此在大體積混凝土施工中，重點(diǎn)是控制混凝土貫穿性裂縫的開(kāi)展。

2 混凝土裂縫形式和成因

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫發(fā)生是由多種因素引起的，主要因素如下。

2.1 水泥水化熱的影響

水泥水化過(guò)程中放出大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7 d左右，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高，尤其對(duì)于大體積混凝土來(lái)講，這種現(xiàn)象就更加嚴(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(guò)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。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮三種，在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過(guò)程中產(chǎn)生體積變化，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 外界溫度濕度變化的影響

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界溫度的變化對(duì)大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生有很大的影響，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也就越高，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，如果外界溫度下降的過(guò)快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，很容易引發(fā)混凝土的開(kāi)裂。

外界的濕度對(duì)混凝土的裂縫也有很大的影響，外界濕度降低會(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

混凝土的配合比不良會(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(jí)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。

3 選擇相應(yīng)的措施控制裂縫的生成

為防止大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，除需要在施工前進(jìn)行溫度計(jì)算外，還要在施工過(guò)程中采取一系列技術(shù)措施。

3.1 選擇適宜水泥和控制水泥用量

因?yàn)榛炷辽郎氐臒嵩粗饕撬嘣谒磻?yīng)中產(chǎn)生的水化熱，所以選用中熱和低熱水泥品種，是控制混凝土溫升的最根本方法。

大體積混凝土大多采用礦渣硅酸鹽水泥，其水泥熟料礦物含量要比硅酸鹽水泥少得多，而且混合材料中的活性氧化硅、活性氧化鋁與氫氧化鈣、石膏的作用，在常溫下進(jìn)行比較緩慢，早期強(qiáng)度(3 d和7 d)較低，但在硬化后期(28 d以后)，由于水化硅酸鈣凝膠數(shù)量增多，使水泥強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，最后甚至能超過(guò)同標(biāo)號(hào)的普通硅酸鹽水泥，對(duì)利用后期強(qiáng)度非常有利。

3.2 選擇適宜的骨料

1)一般大體積混凝土所需的強(qiáng)度并不是很高，所以砂石料含量比高強(qiáng)混凝土要高，約占混凝土總質(zhì)量的85%，所以正確選用砂石料對(duì)保證混凝土質(zhì)量、節(jié)約水泥用量、減小水化熱量、降低工程成本是非常重要的。大體積混凝土在選擇粗骨料時(shí)，在滿足施工條件和工藝、鋼筋間距、模板形狀的條件下，盡量選用粒徑較大、級(jí)配良好的石子。2)大體積混凝土中的細(xì)骨料，以采用優(yōu)質(zhì)的中粗砂為宜，細(xì)度模數(shù)在2.6～2.9范圍內(nèi)。

3.3 延緩混凝土的降溫速率

大體積混凝土澆筑后，加強(qiáng)表面的保濕、保溫養(yǎng)護(hù)，對(duì)防止混凝土產(chǎn)生裂縫具有重大作用。保溫、保濕養(yǎng)護(hù)的目的有三個(gè):第一，減小混凝土的內(nèi)外溫差，防止出現(xiàn)表面裂縫;第二，防止混凝土驟然受冷，避免產(chǎn)生貫穿裂縫;第三，延緩混凝土的冷卻速度，以減小新老混凝土的上下層約束。

大體積表面保濕、保溫材料的厚度，可根據(jù)熱交換原理按下式計(jì)算:其中，δ為保溫材料的厚度，mm;h為混凝土結(jié)構(gòu)的厚度，mm;λ為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K);λc為混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，可取2.3 W/(m·K);T2為混凝土的表面溫度，℃;Tmax為混凝土的最高溫度，℃;Tg為混凝土達(dá)到Tmax(澆筑后3 d～5 d)時(shí)的大氣平均溫度，℃;K為傳熱系數(shù)的修正值。

混凝土終凝后，進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)是一種較好的方法。水具有一定的隔熱保溫作用，這樣可以延緩混凝土內(nèi)部水化熱的降溫速率，縮小混凝土中心和表面的溫度差值，從而避免混凝土裂縫的開(kāi)展。

蓄水養(yǎng)護(hù)時(shí)可按下式計(jì)算蓄水深度:

其中，hs為混凝土表面的蓄水深度，m;R為熱阻系數(shù)，K/W;λw為水的導(dǎo)熱系數(shù)，可取0.58 W/(m·K)。

3.4 降低混凝土澆筑溫度

一般情況下，混凝土的澆筑溫度不宜大于28℃，降低混凝土澆筑溫度的方法如下:

1)在低溫季節(jié)或環(huán)境氣溫較低的晚上、早晨澆筑混凝土。2)降低材料溫度。材料應(yīng)堆放在涼棚內(nèi)，避免陽(yáng)光直射，或噴水冷卻集料，水泥儲(chǔ)罐可油漆成白色或噴水冷卻。3)加冰拌和。采用冷卻水或加冰拌和混凝土能有效降低混凝土入模溫度，用冰片代替部分水是一種常用方法。4)避免混凝土吸收外部環(huán)境熱量。運(yùn)輸工具、泵送管路、攪拌機(jī)等應(yīng)盡量遮陰、包覆、淋水降溫。

3.5 埋設(shè)冷卻水管

在混凝土中預(yù)埋網(wǎng)狀水管，利用管中循環(huán)冷水的流動(dòng)來(lái)降低混凝土內(nèi)部的溫度。冷卻水可利用地下水、江水、河水、自來(lái)水等各種水源，冷卻時(shí)間一般為澆筑開(kāi)始初期的5 d～10 d。

3.6 摻加外加料和外加劑

摻加適量的粉煤灰，可減少水泥用量，從而達(dá)到降低水化熱的目的。

摻加適量的減水劑，它可以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。

3.7 對(duì)混凝土局部加強(qiáng)

適當(dāng)?shù)卦诨炷两Y(jié)構(gòu)中增加構(gòu)造鋼筋也可提高混凝土的抗裂性能，配筋時(shí)應(yīng)采用小直徑、小間距的原則。另外，還要避免結(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)措施也可達(dá)到防止混凝土裂縫的產(chǎn)生。

4 結(jié)語(yǔ)

在接待培訓(xùn)中心工程的基礎(chǔ)混凝土施工過(guò)程中，我們采用了上述一系列措施來(lái)預(yù)防混凝土裂縫，經(jīng)過(guò)近一年的考驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)任何混凝土結(jié)構(gòu)有害裂縫。

[1]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992.

[2]李繼業(yè).新型混凝土技術(shù)與施工工藝[M］.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2002.

[3]苑雪飛.大體積混凝土裂縫控制技術(shù)[J］.山西建筑，2011，37(14):83-84.