大體積混凝土裂縫的成因及控制預(yù)防措施

[摘要]：裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中常見的、但是又較難避免，本文重點(diǎn)探討大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的各種原因以及裂縫控制預(yù)防的綜合技術(shù)措施。

[關(guān)鍵詞]：大體積混凝土；裂縫；成因；控制預(yù)防措施

一、大體積混凝土的定義

根據(jù)我國《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2009定義，大體積混凝土為混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。

二、大體積混凝土裂縫的成因

影響大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要因素有：水泥水化熱、外界氣溫變化、約束條件及混凝土的收縮變形。

1、水泥水化熱

混凝土的凝結(jié)硬化過程中，水泥水化會(huì)釋放大量的水化熱。由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部急驟升溫。試驗(yàn)研究表明，水泥水化熱在1～3d內(nèi)放出的熱量最多，大約占總熱量的50%左右；混凝土內(nèi)部的最高溫度，大多發(fā)生在澆筑后的3～5d。水化熱可以從混凝土表面自由散失，而混凝土內(nèi)部的水化熱不如表面散失的快，造成混凝土內(nèi)外溫差較大，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形。溫度應(yīng)力與溫差成正比，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時(shí)，便開始產(chǎn)生溫度裂縫。

2、外界氣溫變化

混凝土的內(nèi)部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和混凝土的散熱溫度三者的疊加。大體積混凝土結(jié)構(gòu)不易散熱，其內(nèi)部溫度可高達(dá)80℃以上，而且持續(xù)時(shí)間較長。如外界溫度下降，尤其是氣溫驟降，大大增加混凝土內(nèi)外的溫度梯度，溫差愈大，溫差應(yīng)力也愈大。此時(shí)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)這個(gè)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)造成大體積混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

3、內(nèi)外約束條件

大體積混凝土一般與地基整體澆筑在一起，因此會(huì)受到地基的限制因而產(chǎn)生外部的約束應(yīng)力。當(dāng)混凝土早期溫度上升時(shí)，產(chǎn)生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應(yīng)力，由于此時(shí)混凝土的彈性模量小，徐變和應(yīng)力松弛較大，使混凝土與地基連接不牢固，因而壓應(yīng)力較小。但當(dāng)溫度下降時(shí)，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，若超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土就會(huì)出現(xiàn)垂直裂縫。

4、混凝土的收縮變形

混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必須的，而其余約80%的水分要被蒸發(fā)。而混凝土初凝之前出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，水灰比過大、水泥用量大、外加劑保水性差、粗骨料少、振搗不良、環(huán)境溫度高、表面失水大、抹壓不及時(shí)和養(yǎng)護(hù)不良的部位等都能導(dǎo)致混凝土塑性收縮而發(fā)生表面開裂現(xiàn)象。

混凝土澆筑完畢后一周左右，水泥漿中水分的蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生不可逆的干縮，主要原因是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小，變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

三、大體積混凝土裂縫的控制預(yù)防措施

1、設(shè)計(jì)方面的控制措施

結(jié)構(gòu)承受的約束作用分內(nèi)約束（自約束）和外約束兩類。在約束狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)首先要求有變形的余地，如結(jié)構(gòu)能滿足此要求，不再產(chǎn)生約束應(yīng)力。如結(jié)構(gòu)沒有條件滿足此要求，則必然產(chǎn)生約束應(yīng)力，一旦超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致開裂的產(chǎn)生。所以，我們提出了“抗與放”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的具體時(shí)空條件加以靈活的應(yīng)用，從結(jié)構(gòu)形式的選擇方面（微動(dòng)、滑動(dòng)及設(shè)縫措施，提供“放”的條件）及材料性能方面（提高抗拉強(qiáng)度、抗拉變形能力及韌性等提供“抗”的條件）采取綜合措施，如抗放相結(jié)合，以抗為主或以放為主的措施。

目前有以下具體措施：一是設(shè)置伸縮縫；二是混凝土澆筑采用后澆帶分段施工（不能解決溫度縫問題）；三是采用專門的預(yù)加應(yīng)力措施，以此抵消溫度、收縮應(yīng)力的影響；四是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，如提供配筋率等以提高其抗裂性能；五是采用可靠的滑動(dòng)措施，以減小約束變形的摩擦阻力。

2、原材料及配比的控制

（1）水泥品種的選用和水泥用量的控制

選擇低水化熱水泥和在保證混凝土強(qiáng)度的前提下盡量減少水泥用量是有效降低水化熱，減少混凝土內(nèi)外溫差，進(jìn)而預(yù)防出現(xiàn)裂縫的有效途徑。

（2）摻合料和外加劑

摻合具有減水、潤滑作用的粉煤灰，能改善混凝土的粘聚性和流動(dòng)性，減少水泥用量降低水化熱，減少混凝土收縮。選用具有減水、增強(qiáng)和緩凝的外加劑，可提高混凝土的流動(dòng)性、粘聚性及泵送性能，采用高效減水劑能提高混凝土的泵送性能，降低用水量和水泥用量，降低水化熱，減少溫度裂縫。

（3）骨料的選擇

增大粗骨料的比例并保證粗骨料有良好的級(jí)配，減少骨料的孔隙率，可以減少膠結(jié)材料用量，降低水化熱，提高混凝土的抗裂性能。

（4）水灰比的控制

嚴(yán)格控制商品混凝土的水灰比，防止生產(chǎn)廠家為便于混凝土的運(yùn)輸和泵送增大用水量，造成混凝土水灰比和坍落度過大，引起混凝土表面浮漿過厚。

3、施工過程工藝控制

嚴(yán)格按照配合比要求計(jì)量稱重和控制攪拌時(shí)間，混凝土攪拌均勻，保證混凝土質(zhì)量；嚴(yán)格控制混凝土坍落度，對商品混凝土應(yīng)逐車檢查泵車泄料口混凝土坍落度；同時(shí)控制混凝土車運(yùn)輸和停留時(shí)間，避免運(yùn)輸、停留時(shí)間過長，減少水分損失；對高層建筑板面等混凝土施工時(shí)，混凝土泵出料口宜采用布料機(jī)施工作業(yè)，使作業(yè)面布料均勻，避免混凝土不均的離析現(xiàn)象；施工時(shí)應(yīng)要求做到振搗密實(shí)，防止出現(xiàn)混凝土漏振和過振現(xiàn)象。

4、混凝土養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土澆筑完成后，加強(qiáng)其表面保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，對防止混凝土的內(nèi)外溫差，防止出現(xiàn)表面裂縫有重要的作用。

（1）保溫養(yǎng)護(hù)

保溫養(yǎng)護(hù)一是通過減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，從而降低大體積混凝土澆筑體的里外溫差值，降低混凝土澆筑體的自約束應(yīng)力；其次是降低大體積混凝土澆筑體的降溫速率，延長散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度的潛力和材料的松弛特性，利用混凝土的抗拉強(qiáng)度，以提高混凝土承受外約束應(yīng)力時(shí)的抗裂能力，達(dá)到防止或控制溫度裂縫的目的。

保溫養(yǎng)護(hù)又分為降溫法和保溫法。降溫法即在混凝土澆筑成型后，通過循環(huán)冷卻水降溫，從結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部進(jìn)行溫度控制；另一種是通過保溫材料、碘鎢燈或定時(shí)噴澆熱水、蓄存熱水等辦法，提高混凝土表面及四周散熱面的溫度，從結(jié)構(gòu)物的外部進(jìn)行溫度控制。

保溫養(yǎng)護(hù)一般在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置測溫點(diǎn)，預(yù)埋測溫元件及其引出線，從混凝土澆筑后開始在升溫階段每3h測試一次，在降溫階段每6h測試一次，根據(jù)每天測得的溫度數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整保溫、保濕等養(yǎng)護(hù)條件。

（2）保濕養(yǎng)護(hù)

剛澆筑后的混凝土尚處于凝固硬化階段，水化速度較快，須采取覆蓋保濕措施防止混凝土表面脫水而產(chǎn)生干縮裂縫，因此加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)，尤其在7d內(nèi)始終保持混凝土濕潤狀態(tài)是防止裂縫出現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。

5、總結(jié)

大體積混凝土裂縫的成因主要是水泥的水化熱使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度和收縮變形，我們可以采取優(yōu)選混凝土原材料、優(yōu)化設(shè)計(jì)、改善施工工藝、加強(qiáng)施工過程控制、做好溫度檢測工作及加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)等方面有效的措施，完全可以控制和減少大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，從而保證工程的施工質(zhì)量和安全。

[參考文獻(xiàn)]：

《大體積混凝土施工規(guī)范》GB 50496-2009 中國計(jì)劃出版社