大體積混凝土的裂縫分析及控制方法

王嘉

摘要：大體積的混凝土開裂之后，它的性能和原狀態的混凝土差別很大，尤其是在耐久性方面的差別，混凝土滲透反過來會促使混凝土進一步惡化，嚴重影響了結構的長期安全和耐久運行。裂縫大多在早期產生，探討裂縫產生的原因和防止裂縫出現是十分重要的。本文通過分析大體積混凝土裂縫產生的原因和類型，分別從不同環節提出了預防裂縫的綜合措施。

關鍵詞：大體積混凝土，裂縫，分析，控制方法

大體積混凝土和普通混凝土相比，除了具有普通混凝土的強度、剛度和整體性以及耐久性之外，主要就是如何控制溫度變形裂縫的發生和開展。在施工過程中大體積混凝土開裂是常見病害，在施工時應盡可能采取有效措施防止裂縫產生，確保結構盡可能沒有裂縫，或者減少裂縫的數量和寬度，尤其注意要避免有害裂縫的出現，確保工程的質量。[1]

一、 大體積混凝土裂縫的主要類型和原因

（一） 干縮裂縫

在實際工程中，干縮裂縫是最常見的。在收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮是導致混凝土體積變形的主要原因，另有自生收縮和炭化收縮。混凝土的干縮主要跟混凝土的水灰比、水泥成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。混凝土收縮是混凝土內部水分蒸發程度不同導致的結果；混凝土受到外部的條件影響，其表面的水分損失過快，變形較大，內部濕度變化較小變形較小，混凝土內部約束較大的表面干縮變形，裂縫因較大的拉應力而產生。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，越易產生裂縫。干縮裂縫多在混凝土養護結束后一段時間或者澆筑完一周后產生。[2]

干縮裂縫多是表面性的平行線狀或者網狀淺細裂縫，寬度為0.05mm~0.2mm，平面部位多在大體積混凝土中出現，在較薄的梁板中裂縫多沿其短向分布。混凝土的抗滲性會受到干縮裂縫的影響，導致鋼筋腐蝕影響混凝土的耐久性，在水壓力下產生水力劈裂，混凝土的承載力受到影響。

（二） 塑性收縮裂縫

混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等等，這與混凝土的泌水有關。泌水是混凝土澆筑搗實之后在沒有凝結硬化之前，混凝土的澆筑面上出現一層清水或者有水從模版縫里滲出的現象，原因是水的密度比其它混凝土拌合物的組分密度要小。[3]

在大風天或者干熱天中容易出現塑性收縮裂縫，裂縫一般是中間寬，兩端細，長短不一，互不連貫。好發部位是混凝土板或者比表面積較大的墻面。裂縫短的可為20~30cm，長的可為2m~3m，寬度一般為1mm~5mm。外觀上可以分為無規則網絡狀和略有規則的斜紋狀或者能反映混凝土布筋情況和混凝土構件截面變化等規則的形狀，深度為3~10cm,，一般不會延伸到混凝土板的邊緣。

（三） 沉陷裂縫

沉陷裂縫產生的原因是地基土質不勻、松軟，或者因回填土不實導致不均勻沉降。模板剛度不足，模板支撐間距多大或底部松動也會導致沉陷裂縫。冬季是沉陷裂縫的多發季節，凍土上有模板，凍土化凍之后不均勻沉降，導致裂縫在混凝土結構中產生。裂縫多為深進或貫穿性，沉陷情況決定了它的走向情況，發展方向和地面呈30~40°角。大的沉陷裂縫會有錯位現象，裂縫寬度和沉降量成正比，沉陷裂縫的穩定性取決于地基變形的穩定性。

（四） 溫度裂縫

水泥水化時會有大量的熱量產生，每米混凝土用350~559kg/m3水泥來計算，那么將會釋放17500~27500kj的熱量。這些熱量釋放之后會使混凝土內部的溫度升高，一般升高范圍是35℃，澆筑溫度為28℃時混凝土內部溫度可達到65℃左右。在不采取有效的降溫措施的情況下，混凝土內部溫度可以更高。澆筑后3~5d是混凝土內部溫度達到最高點的時間。混凝土的中心溫度高，表面溫度低，這是因為其內部和表面的散熱條件不同，這樣形成了一個溫度梯度，導致溫度變形和溫度應力。混凝土的抗拉強度是有限的，一旦溫度應力超過抗拉強度的閾值時，混凝土就會產生裂縫。[4]

（五） 施工冷縫

大體積的混凝土的澆筑量很大，分層澆筑時，混凝土的初凝之前沒有實現前后分層澆筑的間隔，受到惡劣天氣的影響，導致混凝土的澆筑不連續而有冷縫出現。

（六） 鋼筋腐蝕引起的裂縫

混凝土的質量較差時或者厚度不足的時候，混凝土的保護層會受到二氧化碳的腐蝕炭化到鋼筋的表面。鋼筋混凝土周圍的堿度降低，或者氯化物介入導致鋼筋周圍的氯離子含量較高，鋼筋表面的氧化膜因此受到破壞，鋼筋中的鐵離子與混凝土中的氧氣和水分發生反應，產生的腐蝕物氫氧化鐵的體積是原來的2~4倍，這使得腐蝕物對周圍的混凝土產生了膨脹應力，混凝土的保護層因此開裂、剝離，在鋼筋的縱向上生成裂縫，并且混凝土的表面有銹跡滲出。因為腐蝕的原因導致鋼筋的有效斷面面積減小，鋼筋和混凝土的捏裹力削弱，其結構的承載力下降。并且有其他形式的裂縫被誘發的可能，最后導致結構的破壞。

二、 裂縫的控制方法

（一） 溫差控制

大體積混凝土凝結時熱量散發慢，水化熱導致內外溫差過大，這就會引起裂紋，所以溫差控制在施工過程中是十分必要的。選擇合適的水泥品種，降低水泥的用量。內外溫差包括兩層含義，一是混凝土內部和表面的溫差，二是混凝土表面和自然溫度之間的溫差。經大量資料證明溫差為30℃時混凝土的質量可以得到確保。

（二） 保溫控制

在混凝土澆筑到標高后用塑料薄膜覆蓋，再加鋪3層草袋，這樣做有兩種作用，一是減少混凝土水分蒸發，避免其表面裂紋。二是減小溫差。根據現場實際情況溫差應該控制在25℃以下，入模溫度35℃以下。

（三） 設計措施

增配可以抗裂的構造筋，采用小直徑、小間距、全截面的配筋率在0.3~0.5%之內。避免薄弱環節受到集中應力作用，在薄弱環節采用加強措施。可以設置暗梁于易裂部位邊緣，使該部位的配筋率提高。氣候特征也是設計時需要充分考慮的因素之一，后澆縫的設置要合理，一般間距為20~30m，保留時間不低于60天。[5]

（四） 施工措施

對混凝土原材料的控制要嚴格化，低水化熱的水泥是最佳選擇，另外要選擇含泥量少的粗細骨料。對混凝土的集料比進行細致分析，做好混凝土水灰比的控制工作，降低混凝土的坍落度，塑化劑和減少劑的摻加量要合理。夜間是澆筑進行的最佳時間，這樣可以把初凝溫度最大限度地降低。白天施工要有遮陽措施，如搭建簡易帳篷等，或者覆蓋陰濕麻袋，某些情況下可以向骨料噴冷水。混凝土的拆模時間可以盡量往后拖，混凝土表面溫度在拆模后下降范圍不能超過15℃。振搗時采用二次振搗，這樣可以增強混凝土的抗裂性，提高其強度。混凝土在運輸和泵送時做好降溫工作，嚴格控制混凝土的出料溫度，做好混凝土的及時養護工作。[6]

（五） 鋼筋布置

為控制溫度應力和收縮應力，可在設計底板時采用“井”字鋼筋暗梁方案，這樣有多層鋼筋分布在上下部位，中間也有根據混凝土厚度按一定間距設置的鋼筋網。

（六） 加強技術管理

對于原材料的檢驗、試驗工作要抓緊，嚴格按照方案施工，做到分工明確細化，責任追溯到個人。監測工作也要做好，應該定時檢查并且對結果進行詳細記錄。采取預先措施防止可能出現的冷縫發生，加強預測變截面施工前的各種問題，切實按照施工方案進行施工。

三、 結語

大體積混凝土的作用有利有弊，一方面它可以提供較為安全的支撐給現代建筑結構，另一方面它本身存在著出現裂縫的安全隱患。所以我們必須在實踐中加大對大體積混凝土結構特性的重視程度，采取針對性的技術措施來解決設計和施工中出現的各種問題，那么可以有效避免裂縫的產生，也可以將建筑的壽命延長到最大限度。在幾個工程的實踐過程中，我們嚴格按照施工方案生產取得了一些較好的成果，達到了控制裂縫出現的目的，因此我們認為：嚴格控制混凝土的配合比，防止大體積混凝土出現裂縫的關鍵是原材料的質量檢驗和保溫措施。鋼筋的配筋率、施工方案和外加劑的摻加也是影響裂縫出現的重要因素。嚴格照施工方案施工，增強每個施工人員的責任意識是必不可少的。

參考文獻: