大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制探討

陳月紅

摘要：許多建筑物結(jié)構(gòu)，尤其是具有大體積混凝土的建筑物，在建設(shè)和使用過程中出現(xiàn)了不同程度、不同形式的裂縫。大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制進行了初步探討。

關(guān)鍵詞：大體積；混凝土結(jié)構(gòu)裂縫；控制

引言：

近年來，我國的經(jīng)濟高速增長，基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展，全國各地興建了大量混凝土建筑物，而混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)和使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)不同程度，不同形式的裂縫，大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫則更普遍，是長期困擾建筑工程的一個技術(shù)難題。要解決大體積混凝土裂縫問題，首先要對大體積混凝土有一個明確的概念。

1大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因：

從裂縫產(chǎn)生機理上講，混凝土本身是一種非均質(zhì)的復(fù)雜多相混相材料，在其微觀結(jié)構(gòu)相組成之間主要的結(jié)合力是范德華力，因此其抗拉強度遠低于抗壓強度。當混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力超過其抗拉強度時，就會產(chǎn)生裂縫。裂縫可以分為由荷載引起的和由變形變化引起的裂縫兩大類。根據(jù)國內(nèi)外調(diào)查資料顯示，工程實踐中結(jié)構(gòu)的裂縫原因，屬于由變形變化（溫度、濕度、地基變形）引起的約占80%，屬于荷載引起的約占20%。而大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因很多，其中大多數(shù)是由混凝土的溫度應(yīng)力和收縮變形作用引起的。對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)而言，混凝土內(nèi)部劇烈變化的溫度和溫度應(yīng)力主要是水泥水化熱引起的溫差造成的。溫差的產(chǎn)生有三種情況∶第一種是在混凝土澆筑初期，產(chǎn)生大量的水化熱，水化熱積聚在混凝土內(nèi)部溫度上升；而混凝土表面溫度為外界氣溫，由此產(chǎn)生內(nèi)外溫差。另一種是在拆模前后，表面溫度降低很快，形成陡降，也會產(chǎn)生內(nèi)外溫差。第三種是當內(nèi)部溫度達到峰值后，熱量逐漸散發(fā)而達到使用溫度或最低溫度，最高與最低溫差就是內(nèi)部溫差。收縮變形引起的裂縫有兩種，即混凝土硬化前的塑性收縮和混凝土硬化后的干燥收縮。塑性收縮是指在水泥活性較大，混凝土溫度較高，或水灰比較低的條件下，混凝土泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補充，尚處于塑性狀態(tài)的混凝土受拉，其表面會出現(xiàn)分布不均勻的裂縫，隨之，混凝土體內(nèi)水分蒸發(fā)進一步加大，裂縫進一步擴展；而干燥收縮是指在干燥環(huán)境下，已硬化的混凝土內(nèi)部的水分不斷向外散失，引起混凝土由外向內(nèi)的干縮變形裂縫。不受約束的混凝土是不會產(chǎn)生應(yīng)力的，無論是溫差還是收縮變形，究其原因都是受到約束才產(chǎn)生應(yīng)力的。約束有兩種，一是外部約束，二是內(nèi)部約束。

2 大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的基本形式

常見大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫有兩種，分別為宏觀裂縫和微觀裂縫，而宏觀裂縫是由微觀裂縫發(fā)展而成的。（1）微觀裂縫。微觀裂縫是指用肉眼看不見的、其寬度在0.05 mm以下的裂縫，其分布不規(guī)則，沿截面是不貫穿的。一般情況下，有微裂縫的結(jié)構(gòu)可以承受拉力，但在結(jié)構(gòu)某些承受拉力較大的薄弱部位，在拉力的作用下微觀裂縫容易發(fā)展并成為貫穿結(jié)構(gòu)全截面的裂縫。（2）宏觀裂縫。宏觀裂縫是指用肉眼可以看見的、其寬度在 0.05mm以上的裂縫，它是微裂縫發(fā)展的結(jié)果。按裂縫在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的具體形式可分為垂直裂縫、水平裂縫、斜裂縫以及由斜裂縫形成的螺旋狀裂縫；從裂縫進入構(gòu)件深度可分為表面裂縫、深層裂縫與貫穿裂縫；按狀態(tài)又可分為穩(wěn)定裂縫和不穩(wěn)定裂縫；按危害性又可分為無害和有害裂縫，等等。

3 大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的基本規(guī)律

一般來說，大體積混凝土開裂遵循以下幾種規(guī)律∶

（1）溫差和收縮越大，溫度變化和收縮速度越快，越容易開裂，裂縫越寬，越密。（2）基底對結(jié)構(gòu)的約束作用越大，越容易開裂。（3）溫度梯度越大，承受均勻溫差收縮的厚度越小，越容易開裂。（4）一般條件下，幾何尺寸越大，越容易開裂。裂縫經(jīng)常垂直于較長方向，但不成絕對關(guān)系。

4 大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制

4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計方面

（1）避免設(shè)計上“強度越高越好”的錯誤概念。因為，設(shè)計強度越高，水泥用量越大，必然造成混凝土水化熱過高。一般來說，大體積混凝土的強度等級宜在C20～C35范圍內(nèi)選用。而且考慮到建設(shè)周期長特點，在保證強度足夠的條件下，可以利用混凝土60d或90d的后期強度。

（2）大塊式基礎(chǔ)及其他筏式、箱式基礎(chǔ)不應(yīng)設(shè)置永久變形縫及豎向施工縫。可采用“后澆縫”或“跳倉打”來控制施工期間的較大溫差及收縮應(yīng)力。另外，目前國際上大多數(shù)國家采用設(shè)置溫度伸縮縫的方法。

（3）選用合理的平面和立面設(shè)計，避免截面的突變，造成應(yīng)力集中，當不能避免突變時，做適當?shù)木植刻幚怼?/p>

（4）合理布置分布鋼筋，除應(yīng)滿足承載力和構(gòu)造要求外，還應(yīng)增配承受溫度應(yīng)力及控制裂縫開展的鋼筋，盡量采用小直徑、密間距；變截面處加強分布筋。

（5）設(shè)滑動層和壓縮層來減少基礎(chǔ)的約束力與地基的側(cè)面阻力。

（6）以預(yù)防為主。在設(shè)計階段就應(yīng)該考慮到可能漏水的內(nèi)排水措施及施工后經(jīng)濟、可靠的堵漏方法。

（7）大體積混凝土工程施工前，應(yīng)對施工階段大體積混凝土澆筑體的溫度、溫度應(yīng)力、及收縮應(yīng)力進行驗算，確定溫控指標，制定溫度施工的技術(shù)措施，以防止或控制有害溫度裂縫的發(fā)生。

4.2施工方案方面

（1）科學(xué)選用混凝土的配合比，用較低的水灰比、水和水泥用量。

（2）控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的開展，必須減少基礎(chǔ)溫差和內(nèi)外溫差，降低混凝土的總溫升，使混凝土中心與外表面的最大溫差不高于（25～30）℃，總降溫差不高于30℃。因此要控制好混凝土的出機溫度和澆灌溫度，同時，預(yù)埋冷卻水管，通過壓力循環(huán)冷卻水將部分水化熱排出，從而降低混凝土內(nèi)部溫度減少大體積混凝土內(nèi)外溫差。另外，布置測溫點，加強水化熱的測定工作，嚴格控制好混凝土的降溫速度，防止混凝土溫度驟變。

（3）在混凝土施工過程中，加強混凝土的攪拌，確保混凝土質(zhì)量均勻；保證連續(xù)卸料，不間斷泵送，可以相應(yīng)減小塌落度。同時，合理調(diào)整澆注方向，最大限度排除混凝土泌水，有利于提高混凝土質(zhì)量和抗裂。

（4）做好大體積混凝土的養(yǎng)護工作，其目的就是保持混凝土適宜的溫度和濕度條件。一是要防止混凝土表面的熱擴散，減少混凝土表面的溫度梯度，降低混凝土塊體的自約束應(yīng)力，避免產(chǎn)生表面裂縫；二是要延長散熱時間，降低大體積混凝土澆筑塊體的降溫速度，充分發(fā)揮混凝土強度的潛力和材料松弛特性，以提高混凝土塊體承受外約束力的能力，使平均總溫差對混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強度，防止產(chǎn)生貫穿性裂縫。

（5）混凝土澆筑前，木模板應(yīng)澆水濕潤，但不得有積水，模板的縫隙和空間應(yīng)堵嚴，防止振搗時漏漿。正確規(guī)定拆模時間，防止拆模過早，混凝土表面溫度較低，形成很陡的溫度梯度，產(chǎn)生很大拉應(yīng)力，形成裂縫。

（6）大體積混凝土工程的模板宜采用鋼模板或鋼木混合模板。鋼模板對保溫不利，最好根據(jù)溫控要求采取保溫措施；木模板可作為保溫材料使用。

（7）混凝土澆筑過程中，不得漏振、欠振或過振。為使混凝土振搗密實，應(yīng)分層澆筑、分層振搗，并在下層混凝土凝結(jié)之前，將上層混凝土澆筑振搗完畢。另外，采用兩次振搗技術(shù)，能改善混凝土強度，提高抗裂性，也是裂縫控制的重要措施。

5結(jié)語

大體積混凝土結(jié)構(gòu)雖然工程量大、技術(shù)復(fù)雜，但經(jīng)過上述綜合措施的控制，勢必在很大程度上能夠避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，或者使裂縫盡最大可能將其有害程度控制在允許范圍之內(nèi)，保證混凝土的施工質(zhì)量。隨著國民經(jīng)濟發(fā)展，還將進行大量的基礎(chǔ)建設(shè)，在今后的工程中將有更多的大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，也勢必會帶來更多的新問題，廣大工程研究、設(shè)計、施工人員在設(shè)計和施工中應(yīng)多研究新方法，總結(jié)經(jīng)驗，在實踐中摸索，相信大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題可以得到有效的控制。