大體積構(gòu)件裂縫控制措施

梁樺林

河南省商丘市公路局，河南商丘 476200

1 概述

國內(nèi)外對大體積混凝土有許多不同的定義，至今沒有統(tǒng)一標準，我國《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》認為，建筑物的基礎(chǔ)最小邊尺寸在1m～3m 范圍內(nèi)就屬大體積混凝土。

隨著我國城市大型公共設(shè)施和高層建筑的興建，除水工結(jié)構(gòu)、大型設(shè)備基礎(chǔ)和橋梁中應(yīng)用大體積混凝土外，現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑中大體積混凝土也被廣泛使用。高層建筑地下結(jié)構(gòu)裂縫調(diào)查中，底板出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象占20%左右，地下室的外墻混凝土出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象占80%左右，這些裂縫的出現(xiàn)勢必影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。所以減少大體積混凝土的裂縫顯得至關(guān)重要。

2 裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 水泥水化熱與約束的影響

大體積混凝土澆筑后，水泥產(chǎn)生大量的水化熱。由于混凝土表面散熱的影響，混凝土中心溫度向表面遞減，產(chǎn)生溫度梯度，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外變形不統(tǒng)一，因而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，由于混凝土所受約束的不相同而導(dǎo)致產(chǎn)生溫度應(yīng)力大小也不相同，當混凝上抗拉應(yīng)力不能抵抗溫度應(yīng)力的作用時，結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生裂縫。

2.2 外界環(huán)境變化的影響

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對防止混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響?；炷羶?nèi)部的溫度是由澆注溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加組成。澆注溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫越高，混凝土的澆注溫度也就會越高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極容易引發(fā)混凝土的開裂；另外，外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

2.3 混凝土收縮影響

大體積混凝土收縮包括自由收縮、塑性收縮、碳化收縮和干縮?；炷猎诓皇芡饬η闆r下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土裂縫的原因主要是后3 類收縮。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

2.4 其它原因

大體積混凝土水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學反應(yīng)會產(chǎn)生裂縫；混凝土自身的不均勻性和脆性都是混凝土易于形成裂縫的內(nèi)在的因素；建筑結(jié)構(gòu)地基不均勻沉降也可產(chǎn)生裂縫；另外，大體積混凝土結(jié)構(gòu)通常是不配鋼筋或鋼筋數(shù)量很少，如果出現(xiàn)了拉應(yīng)力，就要依靠混凝土本身來承受，也可能產(chǎn)生裂縫。

3 防治措施

大體積混凝土的裂縫破壞了結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性，危害嚴重，必須加以控制，混凝土的開裂主要是水泥水化熱使混凝土溫度升高引起的，所以采用適當措施控制混凝土溫度升高和溫度變化速度，在一定范圍內(nèi)，就可避免出現(xiàn)裂縫。這些措施包含了混凝土施工的全過程，包括選擇構(gòu)造設(shè)計、混凝土組成材料、施工安排、澆注前后降低混凝土的措施和養(yǎng)護保溫等。

3.1 構(gòu)造設(shè)計措施

1）當混凝土結(jié)構(gòu)尺寸過大時，為減小外約束力、溫度應(yīng)力和混凝土內(nèi)部熱量的散發(fā)，降低混凝土的內(nèi)部溫度，可設(shè)置后澆帶，在正常施工條件下，后澆帶間距20m～30m，保留時問一般不小于60 天后澆帶封閉時，用補償收縮混凝土澆灌密實；

2）設(shè)置緩沖層:為了緩解地草對基礎(chǔ)收縮時的側(cè)壓力，可在大體積混凝土的某些部位設(shè)置緩沖層；

3）設(shè)置增強配筋：在容易開裂部位配置斜向鋼筋或鋼筋網(wǎng)片或在邊緣部位設(shè)置暗梁并配置一定數(shù)暈的抗裂鋼筋，提高該部位的配筋率，可顯著提高混凝土的抗裂性能。

3.2 優(yōu)選混凝土原材料

1）水泥的選擇：大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放大量的熱量。因此在混凝土施工中應(yīng)盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥或硫酸鹽水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍落度不受損失，可適度增加活性細摻料替代水泥。

2）骨料的選擇：骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80%～83%，因此，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，控制粗細骨料的含泥量，既可以減少用水量，也可以相應(yīng)減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。在選擇細骨料時，采用平均粒徑較大的中粗砂，從而降低混凝土的干縮，減少水化熱量，對混凝土的裂縫控制有重要作用。

3）摻入外加劑（料）：摻入適量的緩凝型外加劑和摻和料，可顯著改善混凝土的和易性，從而降低用水量和混凝土的水化熱。若在混凝土中摻入占水泥質(zhì)暈0.25%的木質(zhì)素磺酸鈣,可減少10%的拌和水，節(jié)約10%的水泥；若在混凝土中加入適暈的粉煤灰，降低膠凝材料體系的水化熱，但摻量不能大于30%。

摻加適量的減水劑，可有效地增加混凝土的流動性，且能提高水泥水化率，增強混凝土的強度，從而可降低水化熱，同時可明顯延緩水化熱釋放速度。

3.3 控制大體積混凝土裂縫施工措施

1）控制混凝土入模溫度，混凝土入模溫度與出機溫度密切相關(guān)，另外還與運輸工具、運距、轉(zhuǎn)運次數(shù)、施工氣候等有關(guān)。在溫度較高的情況下進行施工，可以在施工現(xiàn)場對堆在露天的砂石用布覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時對澆注前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水；

2）控制澆筑層厚度和進度，以利散熱。每層厚度在300mm～500mm 范圍內(nèi)，上下層澆注混凝土時間間隔不得超過初凝時間；

3）控制混凝土下料時的自由下落高度不大于2m；混凝土白高處自由傾落高度超過2m時，應(yīng)沿串筒、溜槽、溜管等下落，以保證混凝土不至發(fā)生離析現(xiàn)象。

4）混凝土振搗選用插入式振動器，振動器的振搗方法采用垂直振搗，即振動棒與混凝土表面垂直。振動器的操作要做到“快插慢拔”，避免混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，同時保證振搗密實。

3.4 混凝土的養(yǎng)護及溫度控制

1）正確的保護、養(yǎng)護措施也是防止大體積混凝十裂縫的關(guān)鍵，混凝土的養(yǎng)護條件包含混凝土的潮濕狀態(tài)及養(yǎng)護溫度。濕養(yǎng)護能使混凝十盡可能接近于飽和狀態(tài)，防止混凝土表面脫水產(chǎn)生干縮裂縫；而保溫養(yǎng)護的目的主要是降低大體積混凝土澆筑體的里、外溫差值，以降低混凝土塊體的自約束應(yīng)力，同時降低混凝土塊體的降溫速度，以充分利用混凝土的抗拉強度，達到防止產(chǎn)生和控制裂縫的目的。

2）為降低大體積混凝土的水化熱，在混凝土的內(nèi)部通入冷卻循環(huán)水，采用循環(huán)法保溫養(yǎng)護，以便加快混凝土內(nèi)部的熱量散發(fā)。為能夠較準確地測量出混凝土內(nèi)部溫度，在混凝土中預(yù)埋測溫管，用水銀溫度計測溫。上下層溫差控制在15℃～20℃之內(nèi)。根據(jù)各測點的溫度，可及時繪制出混凝土內(nèi)部溫度變化曲線，對照混凝土理論計算值，分析存在的問題，有的放矢地采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

4 結(jié)論

對于大體積混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，大體積混凝土工程是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此，在設(shè)計、材料選取和施工過程控制必須相互聯(lián)系，必須結(jié)合實際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。

實踐證明，改善施工工藝，提高施工質(zhì)量，做好溫度監(jiān)測工作及在加強養(yǎng)護等方面采取有效的施工技術(shù)措施，堅持嚴謹?shù)氖┕そM織管理，是可以在一定程度控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的產(chǎn)生。

[1]國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002.

[2]工鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[3]朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].中國電力發(fā)電學報，1999.

[4]金濤，陳軍科.高層建筑基礎(chǔ)大體積混凝土抗裂措施分析[J].混凝土，2000(9).