大體積混凝土裂縫成因及控制技術研討

王玉鎖

(陽泉市建筑工程集團總公司工程一處，山西陽泉 045000)

1 大體積混凝土結構的裂縫成因剖析

根據(jù)大體積混凝土結構裂縫的類型，可以將裂縫的成因歸結為荷載、溫度、收縮、鋼筋銹蝕幾方面的因素。筆者結合實際施工經(jīng)驗，對這些裂縫產(chǎn)生的原因進行如下總結。

1.1 荷載原因

在不同狀態(tài)荷載和次應力等的影響下，大體積混凝土容易產(chǎn)生直接應力裂縫和次應力裂縫，尤其是大體積混凝土結構受拉、受剪、振動比較嚴重的位置，結構容易出現(xiàn)脆性破壞。通常情況下，大體積混凝土結構要求對鋼筋進行合理的布置，以提高結構剛度水平，但在外界荷載因素的反復撞擊和振動下，仍然可能產(chǎn)生結構抗拉和抗剪等能力范圍之外的破壞，而結構剛度不足的大體積混凝土結構部位，就會產(chǎn)生荷載裂縫。

1.2 溫度原因

由于混凝土具有熱脹冷縮的物理特性，因此在澆筑時，水泥會發(fā)生水化熱物理反應，而此時混凝土內(nèi)部的溫度在短時間內(nèi)會快速升高，表面和內(nèi)部散熱能力相差太大的混凝土結構，內(nèi)外部溫度相差太大，混凝土結構就可能出現(xiàn)變形開裂。混凝土結構內(nèi)部會約束混凝土變形，如果變形產(chǎn)生的應力超過混凝土本身的抗拉強度能力，就會出現(xiàn)溫度裂縫。溫度裂縫位于大體積混凝土結構的不同部位，有表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫幾種，這些裂縫對大體積混凝土結構的危害性具有一定的差異性。

1.3 收縮原因

收縮裂縫屬于大體積混凝土表面的裂縫，裂縫寬度細長、龜裂分布、沒有任何分布規(guī)律，產(chǎn)生的主要原因是混凝土成型后，從表面到內(nèi)部逐漸出現(xiàn)水分蒸發(fā)，外部的干縮受到內(nèi)部約束，使得內(nèi)部和外部的干縮程度不同，產(chǎn)生的拉應力引起混凝土開裂。這種收縮現(xiàn)象，常見于大體積混凝土結構的養(yǎng)護階段，由于沒有做好防風和防曬措施，降低混凝土早期強度，在橋梁腹板位置，收縮裂縫現(xiàn)象尤甚，嚴重影響大體積混凝土結構的外觀和結構的耐久性。

1.4 鋼筋銹蝕原因

大體積混凝土結構開裂的部分位置，鋼筋可能存在嚴重銹蝕現(xiàn)象，使得斷面的有效面積變小，進而影響握裹混凝土的能力，甚至破壞大體積混凝土結構，經(jīng)檢查，主要是因為大體積混凝土施工的時候，鋼筋周圍的混凝土保護層厚度不足，留給氯化物侵入的空隙，破壞了鋼筋表面的氧化膜，從而逐漸發(fā)生銹蝕反應，底板出現(xiàn)嚴重的混凝土開裂和剝落情況，使得鋼筋銹跡侵蝕到混凝土表面，對混凝土產(chǎn)生膨脹應力。

2 大體積混凝土裂縫控制技術的應用方法

鑒于大體積混凝土裂縫的成因，筆者將結合實際的工程施工經(jīng)驗，根據(jù)實際提出以下控制荷載裂縫、溫度裂縫、收縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫的具體措施。

2.1 荷載裂縫的控制技術

大體積混凝土荷載裂縫的控制，除了需要保證大體積混凝土結構形式的合理性，還需要根據(jù)荷載裂縫的分布狀況，分塊設置水平施工縫，并整塊現(xiàn)澆上部結構，以連接的方式設置橫向受力鋼筋。1)鋼筋布置。鋼筋布置的目的是形成混凝土內(nèi)部結構的支撐體，在布置鋼筋的時候，盡可能選擇直徑比較小的鋼筋，以便提高鋼筋布置的密度，原則上鋼筋間布置的間距最大為10 cm，尤其是混凝土的邊緣部位，或者變截面部位，要求布置更多的分布筋，以及在結構表面的部位，布置適量的鋼筋網(wǎng)片。如果鋼筋構件的高度比較大，則需要設置抗剪切能力較強的鋼筋。通過以上的鋼筋布置方式，能夠起到吸收和緩沖外界荷載力的作用，是荷載裂縫控制的重要技術手段。2)防止鋼筋銹蝕。在布置大體積混凝土結構鋼筋的時候，一方面需要提高鋼筋保護層的厚度，限制裂縫寬度的擴大趨勢，其中要求應用強度等級較大的混凝土，另一方面需要在攪拌混凝土的時候適當加入外加劑，以提高混凝土的耐久性能，另外在澆筑的時候，要控制好周邊環(huán)境的濕度，以免水體混入混凝土當中，形成鋼筋周圍的混凝土氣泡。3)計算設計。對大體積混凝土結構使用沉降量進行縝密計算，對地基的不均勻沉降予以控制，根據(jù)計算的數(shù)據(jù)，判斷混凝土結構沉降裂縫的發(fā)展趨勢，并采取針對性措施控制沉降寬裂縫的演變，除此之外，在大體積混凝土澆筑施工階段，還需要合理堆放施工的模型和機具，以減少這些外在荷載因素對澆筑后未凝結混凝土的影響，同時避免這些因素產(chǎn)生的負荷超過設計最低標準。

2.2 溫度裂縫的控制技術

大體積混凝土溫度裂縫的防治，需要掌握好混凝土內(nèi)部溫度，而內(nèi)部溫度的關聯(lián)因素是混凝土厚度和水泥種類、用量等，因此要求采取以下措施控制混凝土內(nèi)外部的溫差:

1)水泥選用。筆者建議采用硅酸鹽水泥，并嚴格控制水泥的用量，實踐證明，每立方米的混凝土增加9 kg水泥用量，則水泥水化熱反應所產(chǎn)生的溫度會升高1℃，反之則能夠降低1℃，因此大體積混凝土結構在達到基本強度要求后，可適當控制水泥的用量，具體需要結合實際工作需求而定，必要時可在施工前檢驗單位水泥用量所形成混凝土結構的強度水平。2)外加劑和粉煤灰的摻加。結合大體積混凝土結構強度的設計指標，適量摻入粉煤灰，能夠控制混凝土的水熱化現(xiàn)象，有利于減少溫度的上升，并增強混凝土的強度。結合相關試驗的結果，水泥混凝土當中摻入20%的粉煤灰，相比于沒有摻入粉煤灰的水泥混凝土，水化熱溫升可降低20%左右，而外加劑具有減水和分散作用，因而也能夠控制水化熱，并有效降低溫度裂縫產(chǎn)生的概率。3)降低材料的溫度。譬如石子，每立方米混凝土中石子的重量最大，而石子的比熱最小，因此在高溫氣候環(huán)境條件下施工，要在砂石廠搭設遮陽棚，并在加入攪拌機之前噴灑霧狀水，或者用冷水沖洗。其他集料使用之前，也可以利用這種方法降低其溫度。4)振搗和養(yǎng)護工藝的改進。澆筑完的混凝土，并在終凝之前，需要進行二次振搗，以便將石子和水平鋼筋空隙的水分排除，減少混凝土內(nèi)部的氣孔和裂縫，同時提高混凝土的粘結能力、抗拉能力和抗裂能力。5)混凝土澆筑和養(yǎng)護。合理的澆筑方式，能夠減少澆筑產(chǎn)生的部分溫差，譬如夏季骨料的灑水降溫，冬季混凝土表面的覆蓋保溫。至于混凝土的養(yǎng)護，要求創(chuàng)造適當?shù)臏囟群蜐穸拳h(huán)境，譬如高空澆灌時，保持適當?shù)臐穸龋軌蜃屗嗨浞郑瑥亩鰪娀炷量估瓘姸取?/p>

2.3 收縮裂縫的控制技術

大體積混凝土收縮裂縫產(chǎn)生的原因較為復雜，其預防方法需要從混凝土材料選擇、攪拌、澆筑、養(yǎng)護等方面入手，具體技術控制方法如下:

1)在選擇材料方面，一方面需要秉著“精益求精”的原則，選擇含泥量和雜質(zhì)含量較低的混凝土，譬如在使用混凝土骨料之前，檢查是否被摻入有害的膨脹物，以免混凝土澆筑后出現(xiàn)崩裂現(xiàn)象。另一方面是采用中低水泥和粉煤灰水泥，盡可能少用礦渣或者普通硅酸鹽水泥，同時嚴格控制單方混凝土的用水量，可摻入具有良好減水率和分散性的外加劑，譬如球狀顆粒的一級粉煤灰，以降低混凝土的干燥收縮值，以及摻入適量的膨脹劑，補償混凝土的收縮。

2)混凝土的攪拌和澆筑作業(yè)。一方面需要控制好攪拌的時間，以免破壞拌合物的均勻性，尤其是在氣溫較高或者大風的環(huán)境中，要求采取緩凝措施，防止水分的激烈蒸發(fā)，另一方面是合理布置構造鋼筋，利用配筋約束混凝土的收縮值，譬如構造密集的鋼筋網(wǎng)，提高混凝土的極限拉伸能力。除此之外，還需要嚴格控制混凝土施工質(zhì)量，譬如某大體積混凝土結構施工質(zhì)量不過關，使得中部聚積大量骨料，而且外部和表面砂漿厚度過大，以致混凝土在使用過程中出現(xiàn)嚴重的坍落現(xiàn)象。

3)混凝土養(yǎng)護。混凝土澆筑完之后，為避免其表面干燥速度太快，需要進行早期的保溫養(yǎng)護或者保濕養(yǎng)護，譬如覆蓋土工布、海綿和塑料布等，然后澆水養(yǎng)護，降低水分蒸發(fā)的速度，防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應力，從而造成表面的收縮開裂。

2.4 鋼筋銹蝕裂縫的控制技術

一方面對已經(jīng)發(fā)生鋼筋銹蝕的大體積混凝土結構裂縫的處理，要求對出現(xiàn)鋼筋銹蝕的部位進行調(diào)查，確定各個部位的銹蝕程度，并結合橋梁設計的規(guī)范要求，進一步加大混凝土保護層的厚度，以控制裂縫寬度的加大。除此之外，修補位置的混凝土要加強預防性養(yǎng)護，保持修補位置的高堿度，避免混凝土完全凝結之前再次受到滲水侵蝕。另一方面是針對正在施工的大體積混凝土，在保護層彌補性施工之前，要求嚴格控制混凝土的水灰比，嚴格檢查混凝土的密實度，同時嚴格控制外加劑的含氯鹽量，必要時可適當加入阻銹劑，以及去除銹蝕鋼筋表面的鐵銹，并清除受侵蝕混凝土的表面鐵銹，可將失去應有作用的銹蝕鋼筋和混凝土剔除，后重新安置鋼筋和澆筑混凝土。

3 結語

荷載裂縫、溫度裂縫、收縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫是大體積混凝土結構的常見裂縫，為了有效控制這些裂縫的產(chǎn)生，本文綜合分析了這四種裂縫產(chǎn)生的原因，并針對性提出具體的預防措施，要求通過合理布置鋼筋、防止鋼筋銹蝕和科學計算設計，提高混凝土結構形式的合理性，并從材料選用、混凝土澆筑、混凝土振搗、混凝土養(yǎng)護等角度，控制溫度裂縫、收縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫的產(chǎn)生。筆者認為，以上的混凝土裂縫預防措施僅供參考和借鑒，對于具體的案例工程，還需要結合實際施工情況和需求，對相關的施工技術手段進行調(diào)整，方可有效防止這些裂縫的產(chǎn)生。

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