大體積混凝土裂縫產生原因及防治研究

尹學勝 孫 亮

(陜西容大建筑工程有限公司，陜西西安 710065)

0 引言

近年來，伴隨著社會經濟的快速持續(xù)發(fā)展，城市化進程得到了進一步的提高，人民群眾的生活、工作等各種要求也越來越高，出現(xiàn)了很多大跨度、超高層等建筑結構體系，給城市空間方面增添了許多美感。但與此同時，由于大體積混凝土的體積較大、容易開裂，給工程結構和合理使用造成很大的威脅，如何采取科學合理的措施預防大體積混凝土開裂，一直是學術界研究的熱點。研究結合大體積混凝土的基本內涵，在對大體積混凝土裂縫產生原因深入分析的基礎上，從設計、施工、管理等方面提出了大體積混凝土裂縫防治的措施，以期為相關工程實踐提供一定的參考。

1 大體積混凝土

大體積混凝土是指最小斷面尺寸大于800 mm，同時水化熱產生的內部最高溫度與大氣溫差超過25℃，施工時必須采取相應的技術措施妥善處理水化熱引起的混凝土內外溫差，需合理解決溫度應力并嚴格控制裂縫開展的一種混凝土結構［1］。

大體積混凝土工程結構較厚、體形較大、鋼筋較密，且混凝土用量較多，施工條件較為復雜，施工技術要求高，需連續(xù)澆筑，內外溫差和溫度應力較大;此外，還需滿足強度、剛度、整體性和耐久性要求。大體積混凝土在現(xiàn)代工程建設中占有重要地位，越來越多地應用到高層建筑、水利水電工程、橋梁工程、水工構(建)筑物以及現(xiàn)代工業(yè)生產等許多工程領域。

2 裂縫產生的原因

2．1 裂縫類型

從不同的角度可將大體積混凝土的裂縫分為很多種類型，常見裂縫的分類方法有:

1)按裂縫大小程度分為宏觀裂縫和微觀裂縫。宏觀裂縫是指肉眼可以看見的裂縫，有貫通的，也有未貫通的，對建筑結構的危害嚴重，須引起重視;微觀裂縫只能用特殊的檢測儀器才能觀察到，不貫通也不連續(xù)，對主體結構無較大影響。

2)按裂縫引起成因分為結構性裂縫和材料性裂縫。前者是由于給結構施加一定程度的外力所引起的;后者則是混凝土自身材料的收縮和缺陷導致的裂縫。

3)按裂縫出現(xiàn)時間分為凝固前裂縫和凝固后裂縫。凝固前裂縫是新澆灌的混凝土在振搗結束后，由于骨料下沉受到鋼筋的阻礙所產生的裂縫，其頂部較寬、向下變細、深度很淺;混凝土在硬化過程中，由于泌水和表面水分快速蒸發(fā)，產生形狀不規(guī)則、長短不一、既寬又密的裂縫，即凝固后裂縫。

4)按嚴重程度分為表面裂縫和貫穿裂縫。表面裂縫對結構沒有太大影響，貫穿裂縫破壞結構的整體性，引起鋼筋銹蝕，造成滲漏，降低了結構的耐久性。

2．2 原因分析

1)混凝土屬于脆性材料，抗壓強度是抗拉強度的十倍，大體積混凝土構件很容易在外力的作用下，拉應力遠遠大于抗拉強度，促使混凝土構件出現(xiàn)開裂［2］。

2)大體積混凝土的標號一般比較高，多用于基礎工程。由于內部溫度在施工期間很難散發(fā)出去，加上基礎的配筋量較小，多采用大直徑鋼筋，當混凝土收縮時，在鋼筋表面會出現(xiàn)輻射性的裂縫。

3)混凝土是一種非均質材料，由砂、石、水泥、水等組成。在外界環(huán)境的影響下，隨著混凝土的慢慢硬化，體積開始出現(xiàn)不均勻的變形;水泥收縮很大，而骨料收縮很小，不對等的收縮速率，破壞了彼此相互之間的約束應力，造成混凝土結構內部或表面出現(xiàn)微裂現(xiàn)象。

4)由于大體積混凝土結構構件的斷面尺寸和受力存在一定差異，在進行結構設計時，很容易導致構件在剛度、配筋率、內外溫差等方面出現(xiàn)差異，從而引起大體積混凝土出現(xiàn)某種程度的斷裂。

5)大體積混凝土在硬化過程中，由于受到水化熱所產生的溫度應力持續(xù)作用和上部構件荷載作用的共同影響，出現(xiàn)了較大的拉應力，導致構件開裂。

總之，大體積混凝土裂縫的產生有多種原因，有設計方面的、材料方面的、混凝土配合比設計方面的、現(xiàn)場施工及養(yǎng)護方面的、使用(外界因素)方面的等。

3 防治措施

3．1 設計方面

1)配合比。合理的配合比是預防和控制裂縫的基本保障。選配的原材料須滿足標準規(guī)范要求，骨料級配、水灰比、外加劑、用水量等都要嚴格把控，并對配合比進行適當優(yōu)化。

2)增配構造筋。為了有效提高大體積混凝土的抗裂能力，宜選用直徑小、間距密的配筋形式，且全斷面的配筋率控制在0．3%～0．5%為宜。

3)防止應力集中。為有效避免混凝土的薄弱部位由于外力作用而出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象，在設計時，應重點對此部位采取增強措施。

4)合理設置暗梁。通過科學合理的設置暗梁，可以有效提高構件邊緣部位的極限抗拉強度，避免過早出現(xiàn)裂縫。

5)科學布置后澆帶。在正常施工作業(yè)條件下，后澆帶的間距宜為30 m左右，澆筑時間應大于2個月。

3．2 原材料控制

1)水泥。宜選用水化熱小、收縮性小或具有微膨脹性、鋁酸三鈣含量較低、硅酸三鈣含量較低的低熱礦渣水泥、粉煤灰水泥，減少混凝土內拉應力，提高混凝土的抗裂性能。2)粗、細骨料。骨料應具有線膨脹系數(shù)小、彈性模量低等特點，且級配優(yōu)良，盡量采用中砂，嚴格控制砂、石子的含量。3)粉煤灰。為了增強混凝土的抗?jié)B性、耐久性，控制水化熱，有效減少堿骨料反應，可摻入適量的粉煤灰。4)外加劑。摻加適量的減水劑和引氣劑，能在一定程度上使混凝土的單位水泥用量和用水量顯著降低，坍落度得到明顯改善。

3．3 施工過程控制

1)攪制。在混凝土拌制過程中，要確保原材料計量準確，控制原材料投入攪拌機順序，不采用“外摻”“后摻”的做法，嚴格控制拌制時間，攪拌完成后裝入運輸車時，立即測定坍落度，同時觀察混凝土的和易性，不得存在離析、分層等現(xiàn)象，嚴格控制混凝土出機坍落度。2)分段設置。采用分塊澆筑法，分塊澆筑可分為全面分層(即在第一層全部澆筑完成后，再回頭澆筑下一層)、分段分層(先從底層開始澆筑混凝土，達到一定距離后再開始第二層澆筑)和斜面分層(從最下端開始澆筑混凝土，逐漸上移)三種澆筑方法。3)澆筑要求。每次混凝土澆筑都不可過高、過厚，必須做到全面振搗，不得出現(xiàn)漏振和超振現(xiàn)象，并嚴格控制振搗時間，在施工中常以混凝土開始泛漿和不冒氣泡為依據(jù)。澆筑須連續(xù)進行，應在前層混凝土初凝之前，將次層混凝土澆筑完畢。大體積混凝土宜分層澆筑、分層振搗密實。澆筑過程中，應經常檢查模板、支架、預埋件等的情況，當發(fā)現(xiàn)有變形、移位時，應及時采取措施進行處理。4)施工縫處理。施工縫的位置應在混凝土澆筑之前確定，并宜留在結構受剪力較小且便于施工的部位。在施工縫處澆筑混凝土時，應滿足表面干凈、濕潤，且不得有積水，強度不小于1．2 MPa等相關標準規(guī)范的要求。5)泌水處理。做好混凝土振搗過程中的泌水處理，在兩側模板底部和上部留出預留孔，排除混凝土表面的泌水，這樣可以提高混凝土的質量，以減少混凝土表面裂縫。

3．4 養(yǎng)護控制

養(yǎng)護是大體積混凝土施工的關鍵環(huán)節(jié)，主要目的是降低大體積混凝土澆筑時內外溫差值、減緩大體積混凝土澆筑塊體的降溫速度，達到防止或控制溫度裂縫的目的。

1)對于大體積混凝土的養(yǎng)護常采取自然養(yǎng)護和加熱養(yǎng)護兩種方式進行。其中，自然養(yǎng)護又可以分為覆蓋澆水養(yǎng)護、薄膜布養(yǎng)護和養(yǎng)生液養(yǎng)護三種類型［3］。

2)對已澆筑完畢的混凝土，應在混凝土終凝前(通常為澆筑完畢后8 h～12 h內)，開始進行自然養(yǎng)護。

3)大體積混凝土采用覆蓋澆水養(yǎng)護的時間，因水泥種類不同而不定，但必須滿足不得少于7 d的規(guī)定;澆水次數(shù)應能保持混凝土表面處于濕潤狀態(tài)，混凝土的養(yǎng)護用水應與拌制用水相同。采用塑料薄膜布養(yǎng)護時，其表面全部應覆蓋包裹嚴密，并應保證塑料布內有凝結水。采用養(yǎng)生液養(yǎng)護時，應按產品使用要求，均勻噴刷在混凝土外表面，不得漏噴刷。

4)已澆筑混凝土強度未達到1．2 MPa之前，不得在其上進行踩踏或安裝模板及支架等。

4 結語

本文對大體積混凝土的概念和特征進行了較為詳細的闡述，對工程建設中大體積混凝土的裂縫類型從四個角度進行了歸納總結，對大體積混凝土裂縫產生的主要原因進行了深入而又積極的分析，在此基礎上，提出了防治大體積混凝土裂縫的五項措施，希望對大體積混凝土工程施工有一定的參考作用。

總之，大體積混凝土的施工質量是一個系統(tǒng)化的工程，在工程設計和施工中必須通過精心策劃，嚴格管理，合理控制施工質量，才能確保工程質量，也只有這樣才可以使大體積混凝土在建筑領域的應用越來越廣泛。

［1］ 李潘武．大體積混凝土非荷載應力的施工系統(tǒng)控制［D］．西安:西安建筑科技大學，2004．

［2］ 富文權，韓素芳．混凝土工程裂縫分析與控制［M］．北京:中國鐵路出版社，2000．

［3］ 王 生．關于大體積混凝土施工的探討［J］．山西建筑，2012，38(11):92-95．

［4］ 冀葉銀．建筑工程大面積混凝土施工技術的實踐之我見［J］．四川建材，2009(6):74-78．