大體積混凝土的裂縫控制的研究分析

王惠萍

[摘要]：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)建筑物要求呈現(xiàn)多功能和大型化的趨勢(shì)，各種大型建筑物不斷出現(xiàn)在人們的視野，大型建筑不但滿足了人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，也提高了建筑業(yè)的管理質(zhì)量和工藝水平。大型建筑一般離不開(kāi)大體積混凝土構(gòu)件，大體積混凝土構(gòu)件成為大型建筑的主體部分。但混凝土凝結(jié)固化時(shí)產(chǎn)生的水化熱是大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因之一，所以大體積混凝土裂縫控制是現(xiàn)澆工程中重要內(nèi)容之一，主要包括：溫度裂縫的成因分析、裂縫控制措施。本文將通過(guò)案例來(lái)對(duì)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施進(jìn)行研究，希望能為施工提供幫助。

[關(guān)鍵詞]：大體積混凝土；裂縫；控制；措施

[前言]：

當(dāng)今社會(huì)的經(jīng)濟(jì)，技術(shù)都到達(dá)了非常高的水平。在建筑物上也有所體現(xiàn)，出現(xiàn)了許許多多的大型建筑物，這不僅是滿足了人們生活中更高的追求，還體現(xiàn)出人類(lèi)建筑方面的成就。大型建筑物多數(shù)由大體積混凝土構(gòu)件所組成。但大體積混凝土產(chǎn)生的裂縫，一直是阻礙建筑發(fā)展的重要因素。所以控制大體積混凝土的裂縫變得尤為重要。通過(guò)對(duì)一些大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生的理論知識(shí)的分析來(lái)為隨后的研究奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)[1]。通過(guò)對(duì)有關(guān)大體積混凝土的裂縫控制的措施的比較研究，來(lái)說(shuō)明設(shè)計(jì)、材料、施工方法等因素對(duì)大體積混凝土的裂縫控制的影響。最后來(lái)確定未來(lái)發(fā)展的方向。

1 大體積混凝土裂縫的種類(lèi)

在混凝土中裂縫的產(chǎn)生是不可避免的，產(chǎn)生的裂縫時(shí)間、地點(diǎn)、方式和原因也十分豐富。為更好的辨識(shí)裂縫，防止裂縫的產(chǎn)生和做好修補(bǔ)工作，對(duì)裂縫進(jìn)行了合理的分類(lèi)。

首先裂縫分為有害裂縫和無(wú)害裂縫，本文將不涉及無(wú)害裂縫。通過(guò)裂縫在混凝土上出現(xiàn)的位置可將其分為表面裂縫和貫穿裂縫；在表面裂縫中通過(guò)裂縫的形狀又可分為橫向裂縫、縱向裂縫、斜裂縫、網(wǎng)狀裂縫、不規(guī)則短裂縫等；根據(jù)裂縫產(chǎn)生在硬化前還是硬化后，又可分為塑性裂縫和非塑性裂縫，在硬化之前的為塑性裂縫；根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因可分為變形裂縫和荷載裂縫。

而在大體積混凝土中有著兩種最主要的裂縫，溫差裂縫和變形裂縫。溫差裂縫是大體積混凝土裂縫中最主要的裂縫，其主要原因使大體積混凝土的內(nèi)外溫差過(guò)大而產(chǎn)生的[2]。收縮裂縫在大體積混凝土中出現(xiàn)的機(jī)率排在溫差裂縫之下，但也是十分常見(jiàn)的。在大體積混凝土硬化時(shí)，隨著溫度的下降和大量水分的蒸發(fā)流失會(huì)發(fā)生的收縮現(xiàn)象。當(dāng)收縮產(chǎn)生的收縮應(yīng)力大于混凝土自身的強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。

2大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生的原因

2.1水泥水化熱

大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用，由此形成的溫度收縮應(yīng)力是導(dǎo)致鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。這種裂縫有表面裂縫和貫通裂縫兩種。表面裂縫是由于混凝土表面和內(nèi)部的散熱條件不同，溫度外低內(nèi)高，形成了溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，表面的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度而引起的。貫通裂縫是由于大體積混凝土在強(qiáng)度發(fā)展到一定程度，混凝土逐漸降溫，這個(gè)降溫差引起的變形加上混凝土失水引起的體積收縮變形，受到地基和其他結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時(shí)引起的拉應(yīng)力，超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)所可能產(chǎn)生的貫通整個(gè)截面的裂縫。這兩種裂縫不同程度上，都屬有害裂縫。

2.2約束條件

結(jié)構(gòu)在變形時(shí)，會(huì)受到一定的阻礙而阻擋其自由變形，該阻礙稱為“約束”。前面講過(guò)，約束分為外約束與內(nèi)約束。大體積混凝土由于溫度變化產(chǎn)生變形，這種變形受到約束才產(chǎn)生應(yīng)力，在全約束條件下，混凝土結(jié)構(gòu)的變形，應(yīng)是溫差和混凝土線膨脹系數(shù)的乘積，當(dāng)變形超過(guò)混凝土的極限拉伸值時(shí)，結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)裂縫。由于結(jié)構(gòu)不可能受到全約束，且混凝土還有徐變變形，所以當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差在25℃甚至到達(dá)30℃情況下混凝土也可能不開(kāi)裂。無(wú)約束就不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，因此，改善約束對(duì)于防止混凝土開(kāi)裂有積極作用。

2.3外界氣溫變化

溫度應(yīng)力時(shí)由溫差引起的變形造成的，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，外界氣溫的變換情況對(duì)大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生有重要的影響。混凝土的內(nèi)部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)散熱降溫等各種溫度的疊加之和。外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也越高；如果外界溫度下降，會(huì)增加混凝土的降溫幅度，特別在外界氣溫劇降時(shí)，會(huì)增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度，這對(duì)大體積混凝土極為不利。

2.4混凝土的收縮變形

混凝土的拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所需要的，其余80%都是要被蒸發(fā)掉的。混凝土愛(ài)水泥水化過(guò)程中要產(chǎn)生體積變形，多數(shù)是收縮變形，只有少數(shù)為膨脹變形，這主要取決于所采用的膠凝材料的性質(zhì)。混凝土中多余水的蒸發(fā)是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。這種干燥收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，就會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，引起混凝土裂縫。

混凝土的干燥收縮機(jī)理較復(fù)雜，其主要原因是混凝土內(nèi)部空隙水隨著蒸發(fā)變化時(shí)引起的毛細(xì)管引力所導(dǎo)致。這種干燥收縮在很大程度上市可自行恢復(fù)的，如果處于水飽和狀態(tài)，混凝土還可以恢復(fù)達(dá)到原有的體積。除上述干燥收縮外，混凝土還產(chǎn)生碳化收縮。

其反應(yīng)方程式為：CO2+Ca（OH）2≒CaO3 +H2O

空氣中的二氧化碳（CO2）與和混凝土水泥石中的氫氧化鈣（Ca（OH）2）反應(yīng)生成碳酸鈣（CaO3），釋放出結(jié)合水導(dǎo)致混凝土收縮，產(chǎn)生裂縫。

3.結(jié)論

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，即有著繁多的化學(xué)變化，又有著稠密的物理變化。有些能用眼睛直觀的觀察出來(lái)，有些卻得使用儀器才能檢測(cè)出其中的問(wèn)題。通過(guò)本文上述中大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的各種不同因素就可以知道解決裂縫問(wèn)題并不是一件簡(jiǎn)單的事，往往需要多種方法共同作用才能有效的控制。

[參考文獻(xiàn)]：

[1] 朱柳沅. 高層大體積混凝土工程施工技術(shù)研究[J]. 科技資訊， 2008（12）：24-24.

[2] Schutter G D. Fundamental study of early age concrete behaviour as a basis for durable concrete structures[J]. Materials & Structures， 2002， 35（1）：15-21.