淺談大體積混凝土裂縫成因和控制

基礎(chǔ)是支撐整個建筑的重要部位，基礎(chǔ)的質(zhì)量直接影響著建筑物的安全。尤其是現(xiàn)在高層建筑中對基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)安全和使用功能的要求更高。大體積混凝土工程常出現(xiàn)在各類基礎(chǔ)形式中。而大體積混凝土基礎(chǔ)對其整體性要求較高，開裂是在工程建設(shè)中帶有一定普遍性的技術(shù)問題；裂縫一旦形成，特別是基礎(chǔ)貫穿裂縫出現(xiàn)在重要的結(jié)構(gòu)部位，危害極大，它會降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力。因此在施工中必須對大體積基礎(chǔ)底板混凝土的施工質(zhì)量有足夠的重視，需要采取有效措施，防止大體積混凝土的開裂。下面就大體積混凝土的裂縫成因及控制進(jìn)行簡單地分析。

1 大體積混凝土裂縫類型及裂縫產(chǎn)生原因分析

1、收縮裂縫

收縮裂縫主要分為干燥收縮、塑性收縮、自身收縮、碳化收縮等等。

干燥收縮為混凝土硬化后，在干燥的環(huán)境下，混凝土內(nèi)部的水分不斷向外散失，引起混凝土由外向內(nèi)干縮變形，產(chǎn)生裂縫。

塑性收縮在水泥活性大混凝土溫度較高，或在水灰比較低的條件下會加劇引起開裂因為這時混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補充，這時混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點拉力，混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不均勻的裂縫，出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加大，于是裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。

自身收縮是混凝土收縮的一個主要來源。自身收縮與干縮一樣，是由于水的遷移而引起的，但它不是由于水向外蒸發(fā)散失，而是因為水泥水化時消耗水分造成凝膠孔的液面下降形成彎月面，產(chǎn)生所謂的自干燥作用，導(dǎo)致混凝土體的相對濕度降低及體積減小而最終自身收縮。水灰比對自身收縮影響較大，一般來說，當(dāng)水灰比大于0.5時，其自干燥作用和自身收縮與干縮相比小得可以忽略不計;但是當(dāng)水灰比小于0.35時，體內(nèi)相對濕度會很快降低到80%以下，自身收縮與干縮則幾乎各占1/2。自身收縮主要發(fā)生在混凝土拌和后的初期。因此在模板拆除之前，混凝土的自身收縮大部分甚至全部已經(jīng)完成。在大體積混凝土里，即使水灰比不低，自身收縮量值也不大，但是它與溫度收縮疊加到一起，就會使應(yīng)力增大，所以在水工大壩施工時早就將自身收縮作為一項性能指標(biāo)進(jìn)行測定和考慮。塑性收縮也是大體積混凝土收縮的一個主要來源。在水泥活性大、混凝土溫度較高或者水灰比較低的條件下，混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補充，這時混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點拉力，混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不規(guī)則的裂縫。出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加快，于是裂縫迅速擴(kuò)展。所以在這種情況下混凝土澆筑后需要及早覆蓋養(yǎng)生。

碳化收縮則主要是由混凝土養(yǎng)護(hù)濕度的不同，使得空氣中CO2在有水的條件下與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生CaCO3和游離水等，伴隨體積收縮，稱碳化收縮，從而引起混凝土的收縮。

2、溫差裂縫

溫差的產(chǎn)生主要有三種情況:（1）、在混凝土澆筑初期，這一階段產(chǎn)生大量的水化熱，形成內(nèi)外溫差并導(dǎo)致混凝土開裂，這種裂縫一般產(chǎn)生在混凝土澆筑后的第3天（升溫階段）。（2）、在拆模前后，這時混凝土表面溫度下降很快，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。（3）、當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)峰值后，熱量逐漸散發(fā)而達(dá)到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值即內(nèi)部溫差，這三種溫差都會產(chǎn)生裂縫，但最嚴(yán)重的是水化熱引起的內(nèi)外溫差。

，對于大體積混凝土，在逐漸散熱和硬化過程中會導(dǎo)致其體積的收縮，這種收縮更加明顯。如果混凝土的收縮受到外界的約束，就會在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的收縮應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。影響混凝土收縮的主要因素是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品種。混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土收縮就越大。水泥品種對干縮量及收縮量也有很大的影響，一般中低熱水泥和粉煤灰水泥的收縮量較小。

3、安定性裂縫

安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起。

2 裂縫防治的技術(shù)措施

1、原材料控制措施

1）盡量選用低熱或中熱水泥（如礦渣水泥、粉煤灰水泥），或利用混凝土的后期強度90d～180d以降低水泥用量，減少水化熱（因為每加減10kg水泥，溫度會相應(yīng)增減1℃，水化熱與水泥用量成正比）。在條件許可的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用收縮性小或具有微膨脹性的水泥。

2）適當(dāng)摻加粉煤灰。混凝土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強度，抑制堿骨料反應(yīng)，減少新拌混凝土的泌水等。

3）選擇級配良好的骨料。在選擇骨料時，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。一般來說，可以選用粒徑4mm～40mm的粗骨料，盡量采用中砂，嚴(yán)格控制砂、石子的含泥量石子在1%以內(nèi)，砂在2%以內(nèi);控制水灰比在0.6以下。還可以在混凝土中摻緩凝劑，減緩澆筑速度，以利于散熱。

2、選擇合適的施工方法進(jìn)行控制

1）采取合理分層分段澆筑保證所澆搗的混凝土沒有冷縫，即混凝土先后澆筑層間隔時間不超過混凝土初凝時間。混凝土澆筑可根據(jù)面積大小和混凝土供應(yīng)能力采取全面分層、分段分層或斜面分層連續(xù)澆筑。全面分層適用于基礎(chǔ)長度和深度都不是很大的情況。分段分層適用于基礎(chǔ)長度較大而深度不大的情況。斜面分層適用于基礎(chǔ)長度不大，但是深度較大的基礎(chǔ)。分層的厚度為300mm～500mm。

2）改進(jìn)混凝土的振動工藝對已澆筑的混凝土，在終凝前進(jìn)行二次振動，可排除混凝土因泌水，在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分，提高粘結(jié)力和抗拉強度，并減少內(nèi)部裂縫與氣孔，提高抗裂性。澆搗時，振搗捧要快插慢拔，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，應(yīng)提倡采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。

3）對混凝土溫度的控制

a降低混凝土的出站溫度在攪拌站內(nèi)的攪拌筒上搭設(shè)遮陽棚;在混凝土拌合用水的水池中加冰塊降溫;堆高砂、石骨料，從砂堆、石堆底層取料;提前1d用水噴淋石子降溫;有效地降低了混凝土的出站溫度。

b降低混凝土的澆注溫度為降低混凝土澆注溫度，采取澆注前對鋼筋、模板表面灑水降溫;避免模板和新澆注混凝土受陽光直射;盡量利用氣溫較低的傍晚和晚上進(jìn)行澆注等措施。

c混凝土拆模時間控制。混凝土在實際溫度養(yǎng)護(hù)的條件下，強度達(dá)到設(shè)計強度的75%.以上，混凝土中心與表面最低溫度控制在25度以內(nèi)，預(yù)計拆模后混凝土表面溫降不超過9度以上允許拆模。

d做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。在冬季施工時，混凝土澆注后，由于表面散熱快，會形成內(nèi)外溫差，表面收縮受內(nèi)部約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂縫，因此應(yīng)做好表面隔熱保護(hù)。當(dāng)外界溫度較高，應(yīng)及時灑水養(yǎng)護(hù)以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤，防止干縮裂縫的發(fā)生，促進(jìn)混凝土強度的穩(wěn)定增長。對大體積混凝土，還應(yīng)在初期采用通制冷水來降低混凝土最高溫度峰值，但通水時間不能過長，因為時間過長會造成降溫幅度過大而引起較大的溫度應(yīng)力。

3 結(jié)束語

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，但只要嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定施工，認(rèn)真積極地探索裂縫產(chǎn)生的原因，及早采取相應(yīng)的預(yù)防措施，就能有效地控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫。

參考文獻(xiàn)

[1]王芳，劉沫.混凝土裂縫的成因和控制J.山西建筑，2007，33（10）:181-182

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