大體積混凝土裂縫成因分析及修補措施

摘要：本文從大體積混凝土施工中裂縫產生原因分析著手，對大體積混凝土裂縫的預防、控制措施從原材料到施工工藝進行了細致的闡述，同時對大體積混凝土無法避免的裂縫提出了一些修補方法用以借鑒，具有一定的實際意義。

關鍵詞：大體積混凝土 裂縫 預防 控制 修補措施

0 引言

隨著人們生活水平的提高與基礎設施的不健全矛盾日益加劇，我國在公路、鐵路及水利等大型基礎設施的大力投入中，越來越多的大體積混凝土涌現，但是，大體積混凝土施工難度比較大，容易產生裂縫，影響結構物的使用效果。

1 大體積混凝土裂縫原因分析

大體積混凝土之所以容易產生裂縫，主要原因是混凝土所承受的拉應力和混凝土本身的抗拉強度之間的矛盾發展的結果，主要反映在以下幾點。

1.1 環境影響 在混凝土施工規范中明確規定：在大氣干燥（RH<50%），有風，陽光直射，混凝土水膠比≤0.45，日平均氣溫≥20℃z，混凝土表面的潮濕養護限至少為10天。

產生裂縫的環境影響主要是由于溫差較大引起的，一是混凝土中原材料水泥硬化期間產生的大量水化熱，致使混凝土內部溫度上升，而表面溫度（環境溫度）變化很小，混凝土在不斷上升的情況下，膨脹高于外部，在混凝土的早期抗拉強度很低的情況下，混凝土表面受到較大的拉應力后出現裂縫。這種溫差產生的裂縫一般只在接近表面的范圍內發生，表面層以下結構仍保持完整，不影響混凝土結構本身強度。二是結構溫差較大，當大體積混凝土澆筑過程中受到外界約束力時沒有采取有效地技術措施放松或取消約束，從而產生裂縫，這種裂縫會逐漸深入，直至形成貫穿混凝土結構的溫度裂縫。

1.2 水泥的安定性 水泥的安定性是指水泥出爐后必須存放一段時間后（一般必須大于7天）才能施工使用，其主要目的是使新制水泥充分反應達到穩定狀態。如果水泥剛出爐未過安定期就進行使用是大體積混凝土初凝前收光時出現混凝土開裂的最主要原因，對混凝土養護中出現的裂縫也有相當的影響。

1.3 混凝土及混凝土的坍落度 目前多數混凝土攪拌中均摻加粉煤灰，粉煤灰在混凝土中只是作為填充物并不與水泥發生凝結反應，這就使得這種混凝土與常規混凝土相比更容易出現裂縫現象。混凝土的坍落度一般對施工后的混凝土強度影響很大，但落坍度過大的混凝土造成承臺表面浮漿較厚，浮漿中粉煤灰含量較大，終凝后沒有強度，當不再進行養護后就會出現開裂。

1.4 施工過程控制 施工過程不規范也是造成混凝土裂縫的主要原因之一，具體表現在一是混凝土振搗不密實，致使混凝土密度不足，粗骨料下沉，浮漿過多；二是混凝土澆筑后，初凝前的沒有及時二次拌壓和抹壓；三是養護不到位，不及時灑水，表面不覆蓋或者不及時覆蓋，水分很快散失，產生干縮而導致開裂。

1.5 混凝土養護 多數混凝土開裂的主要原因是混凝土養護的不及時和不到位是不無關系的。

2 大體積混凝土裂縫預防

由以上裂縫產生原因可以得出，除了受到施工過程不規范的影響外，主要原因在于混凝土的溫度變化和受約束程度有關，減少和避免混凝土開裂的主要預防措施應在提高混凝土的抗裂能力、削減溫度變化因素、減少混凝土結構中的約束力和變形、盡量防止環境因素的影響等方向上進行預防。

2.1 選擇優質的混凝土原材料 ①選擇合適水泥：優先采用低熱、收縮性小的高標號水泥，以減少水泥用量，減少水化熱，目的是降低混凝土結構的內部溫升值，消除或者削減混凝土結構自身產生的溫差。另外使用的水泥必須過了自身的安定期。②選用優質骨料：粗骨料優先選用連續的級配碎石，如果工程所在區域內難以購置到合適的級配碎石，可通過試驗采用多種粒徑碎石進行復配；細骨料優先選用細度模數2.80-3.00的中砂。粗細骨料含泥量控制在1%以內，不得混有有機質等雜物，杜絕使用海砂。③選擇適當的外加劑：根據實際情況及混凝土的特殊要求，可在混凝土中摻加一定用量外加劑，如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等外加劑。摻入外加劑能提高混凝土的和易性，可減少20%左右的用水量，減小水灰比，初凝延長到5h左右。

2.2 精心設計配合比 通過選用良好級配的粗細骨料，嚴格控制砂石質量，降低水灰比，并在混凝土中摻加粉煤灰和外加劑等，以降低水泥用量，減少水化熱，以降低混凝土溫升，從而可以降低混凝土所受的拉應力。

在保證混凝土質量要求的情況下，設計混凝土配合比時，采用“三低二摻一高”的設計準則，生產出“高強、高韌性、高極拉值、中彈和低熱”的抗裂混凝土。所謂的三低是指低砂率、低坍落度、低水膠比；二摻是指摻高效減水劑和高效引氣劑；一高是指高粉煤灰摻量。

2.3 加強混凝土的測溫工作 為消除和削減裂縫現象，混凝土的測溫工作必不可少，有效地在混凝土結構內埋設若干個測溫點，以利于掌握混凝土內部溫升與表面溫度的變化值。測溫頻次為：第1-5天按照1次/2h測溫，第6天后每1次/4h測溫，測至溫度穩定為止。按照以前施工經驗，混凝土內部溫升的高峰值一般在4天內產生，3～4天內溫度可上升到或接近最大溫升，內外溫差值可達到20℃左右，發現異常現象及時處理。

3 大體積混凝土裂縫控制措施

3.1 采用合理的澆筑工藝 大體積混凝土一般都是采用泵送工藝施工，根據其特點，采用“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序推進，一次到頂”的方法。

這種方法可使混凝土在自然流淌狀況下形成斜坡，可較好地適應泵送工藝，避免經常拆除、沖洗和接長混凝土輸送管道，簡化混凝土的泌水處理，提高泵送效率，同時需要保證混凝土上下層澆筑間隔不超過初凝時間。在澆筑帶的前后應布置兩道振動器，第一道布置在混凝土出料口，主要解決上部混凝土的振實；第二道布置在混凝土坡腳處，以確保下部混凝土密實。隨著混凝土澆筑的高度的上升，振動器也相應進行調整，以確保混凝土的整體質量。

大體積混凝土表面水泥漿一般都比較厚，澆筑時可適當的抬高混凝土標高，澆筑結束后刮刀掛掉部分多余的表面水泥漿保證混凝土表面是真正的含有骨料的混凝土，在初凝前用鐵滾筒碾壓數遍并壓實，以減少混凝土的收水裂縫。

3.2 控制入模溫度 大體積混凝土春秋季施工最好，春秋兩季環境溫度可以降低混凝土入模溫度。

如果必須在夏季施工，需要采取降低入模溫度的措施，例如：混凝土拌合前可對碎石灑水降溫；保證水泥、粉煤灰及粗細骨料倉庫通風良好；自來水預先放入地下蓄水池中降溫；搭設遮陽棚保證混凝土澆筑時不在太陽下直接暴曬或者直射等等。

在澆筑混凝土過程中，采用溫度傳感片和測溫儀，從澆筑開始進行入模溫度和環境溫度的測溫工作，根據溫度變化情況適時調整澆筑方法；澆筑完成后及時收面抹壓，根據溫控指標，及時調整養護方案。

3.3 適當增加預埋件 ①在混凝土結構中易產生裂縫的部位埋設應力應變傳感片，直接測試拉應力，以便更直接控制混凝土的溫度梯度，確保混凝土不易產生裂縫。②在混凝土表面增加一些鐵絲網（小直徑鋼筋網），以增強混凝土表面抗裂性，減少表面裂縫發生的幾率。③在工期允許的情況下，可采用“水平分層間隙”施工方法，分多層進行澆筑，間隙時間7d以上，在每層混凝土上表面增設抗縮鋼筋網。這種施工方法可降低混凝土內部最高溫升、減少材料及機械設備的投入。

3.4 加強混凝土后期保溫保濕養護 ①混凝土保溫保濕養護的最有效方法是在混凝土澆筑后盡快回填土，并在土中滲入水，回填土對混凝土預防裂縫也是非常有效的。②蓄水法保溫養護，在混凝土澆筑期間可在內部設置冷卻循環管并通水冷卻混凝土內部熱量，加快混凝土的熱量散發，這種方法多用于夏季施工。③內散外蓄法綜合養護，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養護周期，這種方法對于超厚大體積混凝土尤其適用。④特殊情況下的養護，秋冬季混凝土養護應加蓋草袋、海綿；氣候干燥多風地區拆模后及時采取防風，保濕措施，這些方法對溫度影響系數的改變是相當有效的。

3.5 加強項目技術質量管理 嚴格加強控制原材料的檢驗工作，施工交底和方案必須詳細明確，以數據說話，明確分工，責任到人，認真落實施工方案，嚴格按照交底組織實施施工。定時檢查計量監測工作，并做好計量詳細記錄。在混凝土變截面施工前，一定要加強預測，并采取措施予以防范。

4 大體積混凝土裂縫的處理措施

大體積混凝土裂縫既然是混凝土結構中普遍存在的一種現象，目前仍無法完全避免，而它的出現不僅會降低混凝土結構的抗滲能力，影響結構的使用功能，而且可能會引起鋼筋銹蝕、混凝土碳化，降低材料耐久性，影響結構物的承載能力，因此出現裂縫后該如何處理，筆者將近幾年曾使用過的方法介紹如下，愿對同仁們有所幫助。

4.1 表面修補法 主要適用于穩定和對結構承載力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。處理方法為：在裂縫表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護同時為了防止混凝土受各種作用影響繼續開裂，可在裂縫表面粘貼玻璃纖維布等措施。

4.2 低壓注漿法（灌漿、嵌縫封堵法） 該法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫修補，它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。修補工序如下：裂縫清理——粘貼注漿嘴和封閉裂縫——試漏——配制注漿液——壓力注漿——二次注漿——清理表面。

4.3 開槽填補法（混凝土置換法） 該法是處理嚴重損壞混凝土的一種游俠方法，此方法是先將損壞混凝土剔除，然后置換新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿，工序為：開槽——涂刷界面處理漿——置換新的材料——養護。

4.4 結構加固法 當裂縫影響到混凝土結構性能時，采用加固法對混凝土結構進行處理。處理方法主要有：加大混凝土截面面積，在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固等。

5 結論

通過對裂縫產生的原因、機理的分析，采取一定的針對性的措施，大體積混凝土的裂縫是可以減少到合理范圍的。但由于裂縫產生的原因很復雜，要做到完全避免裂縫的產生還有一定的難度，還需要大量的研究和實踐。作為技術人員應注意以下兩點。

①影響大體積混凝土裂縫的因素雖很多，但主要原因是溫度應力。作為工程技術人員，應了解混凝土內部的溫度變化規律，合理選擇水泥品種，嚴格控制水泥用量，摻加適量的混合材料和外加劑，優化混凝土配合比，合理施工，實時監測，加強養護。②要對混凝土的裂縫進行認真研究、區分對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，保證結構物的安全和穩定性，切忌不能碰到裂縫部分析原因或者原因不分析清楚盲目處理造成不可挽回的損失。