建筑工程大體積混凝土構(gòu)件裂縫的成因分析

摘 要：經(jīng)濟的發(fā)展有力的促進了社會各項事業(yè)的繁榮，也使得建筑行業(yè)迎來了發(fā)展的機遇。隨著人們對建筑使用功能需求的不斷提高和建筑技術(shù)的發(fā)展，建筑工程的結(jié)構(gòu)材料也在不斷的變化。大體積混凝土構(gòu)件作為一種重要的結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應(yīng)用在各種建筑工程中。大體積混凝土構(gòu)件有著其他結(jié)構(gòu)材料無法比擬的優(yōu)點，當然也存在明顯的缺點，裂縫問題是其使用中面臨的一個最突出問題。大體積混凝土構(gòu)件裂縫會影響建筑物的抗?jié)B漏能力，會使得其所用的材料發(fā)生銹蝕，會直接降低其耐久性，最終會讓水工建筑物的承載能力降低，嚴重影響建筑物的安全。為了盡可能地避免裂縫的出現(xiàn)，必須對其原因進行深入分析，從源頭入手，加大預(yù)防，提高建筑物的安全性，延長其使用壽命。文章主要分析了大體積混凝土構(gòu)件裂縫的原因，并提出了具體的防治措施。

關(guān)鍵詞：建筑工程；大體積混凝土；構(gòu)件裂縫；成因；措施

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）11-0144-02

1 大體積混凝土構(gòu)件的特點

大體積混凝土構(gòu)件指的是最小斷面尺寸大于1 m以上的混凝土結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)非常厚實，混凝土量也較大。大體積混凝土構(gòu)件具有其他材料結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)點，其整體性好，可以澆筑成一個整體，同時，其可塑性好，可以根據(jù)建設(shè)需要澆筑成形態(tài)和尺度各異的結(jié)構(gòu)。除此之外，其還具有較強的耐火性。相比較其他結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)的整體造價要低，維護費用也比較經(jīng)濟。正是因為混凝土的這一優(yōu)點，其被廣泛地應(yīng)用在水工建筑、工民建建筑等領(lǐng)域。

當然，大體積混凝土構(gòu)件也存在一些明顯的缺點。比如其施工工序相對復(fù)雜，而且極容易受季節(jié)和氣候的影響，新舊混凝土之間的連接性較差。同時，由于大體積混凝土所使用混凝土較多，相應(yīng)的其水泥水化熱也較大，如果沒有相應(yīng)的技術(shù)改善措施，極容易受溫差影響發(fā)生變形，產(chǎn)生裂縫。當然，其本身尺寸過大，在約束作用下，溫度力也會變大，當溫度應(yīng)力值過大時，也會產(chǎn)生裂縫。除此之外，抗拉強度低也是其最突出的缺點，如果施工中控制不到位，很容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。

2 大體積混凝土構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的原因及類型

①大體積混凝土構(gòu)件所使用材料的缺陷導(dǎo)致裂縫。大體積混凝土構(gòu)件是由水泥漿、粗細骨料、混凝土等組成的多相材料，本身組織材料的復(fù)雜性決定了其先天存在缺陷，會出現(xiàn)微裂縫。這些微裂縫的產(chǎn)生是由材料的作用形成的。首先，大體積混凝土構(gòu)件本身的泌水作用。在大體積混凝土構(gòu)件施工時，如果不注重振搗工作，就會造成振搗不密實，內(nèi)部水分會收到一些粗骨料的阻滯而無法溢出，這樣一來，這些水就會聚集在骨料周圍形成水囊。在混凝土結(jié)構(gòu)干燥之后，就會形成深部的微裂縫。其次，水泥漿的收縮作用造成砼裂縫。水泥漿硬化過程中，水分會蒸發(fā)，在這種蒸發(fā)作用下砼會產(chǎn)生塑性收縮，而其在收縮過程中由于收到粗骨料的阻滯，就會產(chǎn)生微裂縫。再次，當混凝土結(jié)構(gòu)在空氣中硬化時，其中的水分會蒸發(fā)，從而會讓水泥石中的凝膠體干燥收縮，使得混凝土構(gòu)件表現(xiàn)出現(xiàn)干縮裂縫。

②收縮作用造成的裂縫。大體積混凝土構(gòu)件如果遭遇收縮變形，就會出現(xiàn)裂縫，裂縫的種類也不盡相同。主要包括由于干燥收縮形成的裂縫、由于塑性收縮形成的裂縫以及自身收縮形成的裂縫。首先，混凝土構(gòu)件澆筑后會硬化，在其凝固的過程中，混凝土構(gòu)件所處環(huán)境比較干燥，這時，構(gòu)件內(nèi)部的水分就會蒸發(fā)，并不斷地向外散失。混凝土構(gòu)件的體積就會產(chǎn)生由內(nèi)向外的干縮變形，從而產(chǎn)生裂縫。其次，當混凝土溫度很高，而且所使用水泥活性較大，混凝土購進啊的泌水作用就會變?nèi)酰@時，如果其表面的水封不能夠得到有效的補充，混凝土就會處于塑性狀態(tài)，這時的混凝土構(gòu)件十分脆弱，處于受拉狀態(tài)。由于其本身的抗拉強度較弱，加之硬化作用的影響，當其拉力大于混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強度時，其表面就會出現(xiàn)很多不均勻的裂縫。

③溫度差造成的砼裂縫。大體積混凝土的溫度裂縫一方面是由于其自身結(jié)構(gòu)材料的作用導(dǎo)致的，另一方面是受外界氣溫變化導(dǎo)致的。首先，當大體積混凝土所使用的材料主要有水泥等。水泥在水化過程中會散熱，產(chǎn)生水化熱，混凝土結(jié)構(gòu)的溫度也會相應(yīng)升高。同時，由于大體積混凝土構(gòu)件的斷面很厚，水泥在水化作用下釋放的熱量很容易積聚在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，而且不容易散失。特別是在大體積混凝土構(gòu)件澆筑后的最初5 d內(nèi)，混凝土內(nèi)部的溫度會達到一個最高值。其與混凝土表面的溫差會很大。當然，最初由于混凝土齡期較短，其彈性模量不高，因此不會對水泥水化熱過程中的急劇升溫產(chǎn)生較強的約束力，溫度應(yīng)力也較小。而隨著其齡期的增大，其對混凝土內(nèi)部降溫的收縮也會相應(yīng)增大，這樣一來，就會形成很大的拉應(yīng)力。一旦大體積混凝土構(gòu)件本身的抗拉強度無法低于這種拉應(yīng)力，就會產(chǎn)生溫度裂縫。其次，外界的氣溫變化對大體積混凝土構(gòu)件的影響。大體積混凝土構(gòu)件施工周期較少，其極容易受到氣溫變化的影響。比如在炎熱的夏季，當外界氣溫過高，混凝土的澆筑溫度也會達到一個很高的高度。比如在寒冷的冬季，當氣溫驟降時，混凝土的降溫幅度也會增加，會使得大體積混凝土構(gòu)件外層混凝土與內(nèi)部混凝土之間的溫度梯度增加，溫差越大，越容易造成裂縫。

④約束作用下的裂縫。大體積混凝土構(gòu)件極容易收到外界約束作用的影響，比如當其表面收縮過程中收到內(nèi)部的約束時，就會產(chǎn)生裂縫。比如當混凝土結(jié)構(gòu)墻體較長而且沒有設(shè)置相應(yīng)的收縮縫時，其收縮也會受到約束產(chǎn)生裂縫。同時，上文提到混凝土剛澆筑時，由于受水化熱的作用，混凝土的體積會膨脹，在外約束作用下，就會產(chǎn)生壓應(yīng)力，但是因為此時其彈性模量小，所以壓應(yīng)力也較小。但是隨著澆筑時間的推移，水泥化熱作用會漸漸消失，混凝土?xí)眲〗禍兀瑫湛s，會在外約束下產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，造成裂縫的出現(xiàn)。

3 大體積混凝土構(gòu)件裂縫的防治策略

①充分考慮大體積混凝土裂縫的可能性，進行科學(xué)設(shè)計。通過上述分析我們可以看出，裂縫的出現(xiàn)除了和自身組織材料相關(guān)之外，和設(shè)計的不合理及疏忽也有關(guān)系。因此，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須要考慮到產(chǎn)生裂縫的諸多因素，對于能從設(shè)計環(huán)節(jié)進行改善控制的裂縫，要進行有針對性的設(shè)計。比如針對混凝土結(jié)構(gòu)在約束作用下會產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象，可以在滿足結(jié)構(gòu)要求的基礎(chǔ)上，在適當?shù)拈g距預(yù)留脹縮縫或者施工縫。同時為了避免混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件對其收縮的約束作用，要充分考慮其截面形狀。特別是對尺寸變化較大的洞口，要特別注意采取措施防止應(yīng)力集中。此外，大體積混凝土基層配筋的設(shè)計也要充分滿足其承載力和構(gòu)造要求，要配置能夠承受水泥化熱過程中溫度應(yīng)力的鋼筋，能夠有效控制溫度裂縫開展的鋼筋，從構(gòu)造鋼筋的選用和設(shè)計入手控制裂縫。

②采用合理的水灰比，控制水泥用量，預(yù)防裂縫。實踐證明，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的水灰比與其收縮率之間關(guān)系密切，水灰比越大，收縮率也會隨之增大，會增加開裂的可能性。這是因為，當水灰比過大時，水泥漿就會變稀，當其硬化之后，混凝土結(jié)構(gòu)所含的凝膠體就會增多，在凝膠體干燥收縮時就會產(chǎn)生收縮裂縫。因此，要合理的控制水灰比，要減少用水量，這樣一來就可以有效地預(yù)防收縮裂縫。同時，干縮裂縫的產(chǎn)生還與混凝土結(jié)構(gòu)的水泥用量有直接的關(guān)系。如果水灰比合理，但是所使用水泥含量過高，混凝土結(jié)構(gòu)的干縮率也會變大，也會產(chǎn)生干收縮裂縫。通過這兩點分析，我們可以得出這樣一個結(jié)論，即建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工時的用水量和水泥量都與其收縮裂縫有直接的關(guān)系，要想有效控制收縮裂縫，就要堅持雙管齊下，同時減少用水量和水泥用量，這樣可以改善混凝土結(jié)構(gòu)的干縮率，達到降低干縮率的效果，能夠顯著提高它的抗裂性。

③合理降低水化熱，降低外界溫度影響，防止裂縫。首先，要降低水泥的水化熱。可以選擇水化熱較低的水泥，比如礦渣水泥等。可以在混凝土材料中摻入適量的粉煤灰，其具有活性，可以起到對部分水泥的代替作用，而且可以有效的改善混凝土的粘塑性，能夠達到降低水泥水化熱的目的。還可以使用一些外加劑，包括減水劑、引氣劑等。減水劑具有減水增塑作用，可以減少混凝土施工中的用水量，降低其絕熱升溫。而摻加引氣劑，則可以提高混凝土的耐久性。其次，考慮溫度因素的影響，采取相應(yīng)對策。針對混凝土結(jié)構(gòu)溫差裂縫的產(chǎn)生，可以針對不同的氣候和溫度因素，采取預(yù)防措施。比如在夏季高溫天氣施工時，為防止溫度過高，可以采取對混凝土結(jié)構(gòu)所用砂石料進行遮陽降溫或者淋水的方法，這樣以來就可以降低砂石料進入攪拌機的溫度，可以達到降溫目的。而在冬季施工時，可以對混凝土結(jié)構(gòu)進行覆蓋保護，當其強度達到一定程度時，再取走覆蓋物，以此來達到保溫目的，避免溫度急劇下降產(chǎn)生裂縫。

④改善施工工藝，預(yù)防混凝土裂縫。首先，可以改善大體積混凝土的攪拌工藝。在攪拌時，可以更改投料順序，在對水、水泥和砂進行充分的拌合后，再和石子一起進行攪拌。其優(yōu)點在于不會產(chǎn)生泌水作用，使得混凝土構(gòu)件硬化后的界面過渡層更加緊密。其次，適當二次振搗。采用二次振搗可以對大體積混凝土構(gòu)件在泌水作用下產(chǎn)生的水分和空隙進行排除，可以提高混凝土的握裹力，防治混凝土沉落產(chǎn)生裂縫。

⑤加強對大體積混凝土構(gòu)件的后期養(yǎng)護。科學(xué)的養(yǎng)護也能起到預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的目的。在建筑施工中，當大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后，一般會進行拆模，此時，要在混凝土結(jié)構(gòu)上覆蓋上草簾，并澆水，以此來達到保濕目的。也可以用濕砂層、濕鋸末進行保濕。這樣就可以預(yù)防初期凝固時收縮裂縫的出現(xiàn)，就可以保障整體結(jié)構(gòu)的承載力。此外，建筑施工中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫還與所使用鋼筋的腐蝕有關(guān)。因此，必須要充分保證混凝土結(jié)構(gòu)的密實度，避免空氣進入讓鋼筋在氧化作用下發(fā)生腐蝕。也可以在后期養(yǎng)護中，在混凝土結(jié)構(gòu)表面噴涂一些防腐層，比如瀝青和環(huán)氧樹脂等。還可以選擇一些防腐效果較好的、具有較強抗腐蝕能力的鋼筋材料。通過以上養(yǎng)護措施可以達到較好的裂縫防治目的。

4 結(jié) 語

大體積混凝土構(gòu)件作為建筑工程的重要組成部分，如果出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，危害極大，除了會影響水工建筑物的承載力和耐久性之外，還會縮短其使用壽命，嚴重時會引發(fā)坍塌事故，會給人民群眾的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅。因此，必須要加大裂縫的防治，提高建筑物的安全性。

參考文獻：

[1] 周繼鋒，張國良.大體積混凝土裂縫的預(yù)防[J].科技信息，2012（26）.

[2] 董德奎.大體積混凝土施工裂縫控制措施[J].山西電力，2010，（4）.