淺析大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的影響因素和完善途徑

王君廷

摘要：隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，大體積混凝土施工日益增多（如斜拉橋的索塔、承臺(tái)及基礎(chǔ)、高層建筑的箱型基礎(chǔ)或筏型基礎(chǔ)），而大體積混凝土施工中普遍會(huì)遇到裂縫控制問(wèn)題，這是因?yàn)榛炷馏w積大，聚集的大量水化熱會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)外散熱不均勻，在受到內(nèi)外約束的情況下，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力并很可能導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，最終為工程結(jié)構(gòu)埋下嚴(yán)重質(zhì)量隱患。因此，探討裂縫產(chǎn)生的原因和防止裂縫的出現(xiàn)就顯得格外重要。通過(guò)對(duì)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和類(lèi)型的論述，從各個(gè)環(huán)節(jié)提出了預(yù)防裂縫的綜合措施。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫產(chǎn)生；影響因素；解決對(duì)策

一、大體積混凝土裂縫的研究背景

混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)和使用過(guò)程中出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫，這是一個(gè)相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫更普遍。在全國(guó)調(diào)查的高層建筑地下結(jié)構(gòu)中，底板出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象占調(diào)查總數(shù)的20%左右，地下室的外墻混凝土出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象占調(diào)查總數(shù)的80%左右。所以，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是建筑工程長(zhǎng)期困擾的一個(gè)技術(shù)難題，一直未能很好地解決。國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)界都認(rèn)為，規(guī)定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度主要是為了保證鋼筋不產(chǎn)生銹蝕。各同的規(guī)范中有關(guān)允許最大裂縫寬度的規(guī)定雖小完全一致，但基本相同。如在正常的空氣環(huán)境中裂縫允許寬度為0.3～0.4mm；在輕微腐蝕介質(zhì)中，裂縫允許寬度為0.2～0.3mm；在嚴(yán)重腐蝕介質(zhì)中，裂縫允許寬度為0.1～0.2mm。但對(duì)建筑物的抗裂要求過(guò)嚴(yán)，必將付出大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。科學(xué)的要求是將其有害程度控制在允許范圍之內(nèi)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查資料，工程實(shí)踐中結(jié)構(gòu)物的裂縫原因，屬于由變形變化（溫度、濕度、地基變形）引起的約占80%以上，屬于荷載引起的約占20%左右。在大體積混凝土工程施上中，由于水泥水化熱引起混凝土澆筑內(nèi)部溫度和溫度應(yīng)力劇烈變化，從而導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫。因此，控制混凝土澆筑塊體因水化熱引起的溫升、混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差及降溫速度，防止混凝土出現(xiàn)有害的溫度裂縫（包括混凝土收縮）是其施工技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。

二、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的影響因素

1.水泥水化熱的影響

混凝土在硬化過(guò)程中水泥與水反應(yīng)放出大量的熱，我們稱(chēng)之為水化熱，該熱量主要在混凝土的硬化過(guò)程中，一般時(shí)間為一周左右，每克水泥可以放出500焦耳左右的熱量，如果以水泥用量400 Kg/m3來(lái)計(jì)算，每立方米混凝土將放出200000千焦耳的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高。尤其對(duì)于大體積混凝土來(lái)講，由于熱量較大，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會(huì)形成由內(nèi)而外的溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生深度不等的各種裂縫。

2.混凝土的收縮

混凝土在空氣中凝固時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱(chēng)為混凝土干縮?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下由于自身在從澆注到終凝的過(guò)程中產(chǎn)生的變形，受到外部約束時(shí)，將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開(kāi)裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥在水化凝固結(jié)硬過(guò)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。

3.外界氣溫濕度變化的影響

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對(duì)防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會(huì)愈高；如果外界溫度降低則又會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過(guò)快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開(kāi)裂。另外外界的濕度對(duì)混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮，也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

三、解決大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的對(duì)策

1.降低水泥水化熱和變形

（1）選用低水化熱或中水化熱的水泥品種配置混凝土，混凝土泌水性的大小與用水量有關(guān)，用水量多，泌水性大；且與溫度高低有關(guān)，水完全析出的時(shí)間隨溫度的提高而縮短；此外，還與水泥的成分和細(xì)度有關(guān)。所以，在選用礦渣水泥時(shí)應(yīng)盡量選擇泌水性的品種，并應(yīng)在混凝土中摻入減水劑，以降低用水量。

（2）使用粗骨料，盡量選用粒徑較大，級(jí)配良好的粗細(xì)骨料，控制砂石含泥量，摻加粉煤灰等摻合料或摻加相應(yīng)的減水劑，緩凝劑，改善和易性，降低水化比，以達(dá)到減少水泥用量，降低水化熱的目的。尤其是砂石中的含泥量，若骨料中含泥量偏多，不僅增加了混凝土的收縮變形，又嚴(yán)重降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度，對(duì)抗裂的危害性很大。

（3）改善配筋，為了保證每個(gè)澆筑層上下均有溫度筋，可建議設(shè)計(jì)人員將分配筋適當(dāng)調(diào)整溫度筋分布細(xì)密，一般用Φ8鋼筋，雙向配筋，間距150，這樣可以增加抵抗溫度的能力，上層鋼筋的綁扎，應(yīng)在澆筑完下層混凝土后進(jìn)行。

2.降低混凝土溫度差

（1）選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開(kāi)炎熱天氣澆筑混凝土。夏季可采用低溫水或冰水?dāng)嚢杌炷?，可?duì)骨料噴冷水霧或冷氣進(jìn)行預(yù)冷，或?qū)橇线M(jìn)行覆蓋或設(shè)置遮陽(yáng)裝置，避免陽(yáng)光直曬，運(yùn)輸工具如具備條件也應(yīng)搭設(shè)逼陽(yáng)設(shè)施，以降低混凝土拌合物的入模溫度。

（2）摻合相應(yīng)的緩凝型減水劑，如木質(zhì)素磺酸鈣等。

（3）在混凝土入模時(shí)，采取措施改善和加強(qiáng)模內(nèi)的通風(fēng)，加速模內(nèi)熱量的散發(fā)。

3.加強(qiáng)施工中的溫度控制

（1）在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，緩緩降溫，充分發(fā)揮徐變特性，降低溫度應(yīng)力，夏季應(yīng)避免陽(yáng)光暴曬，注意保濕，冬季應(yīng)采取保溫覆蓋，一面急劇的溫度梯差發(fā)生。

（2）采取長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，規(guī)定合理的拆模時(shí)間，延緩降溫時(shí)間和速度，充分發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松弛效應(yīng)。

（3）加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)和管理，實(shí)行信息化控制，隨時(shí)控制混凝土內(nèi)的溫度變化，內(nèi)外溫差控制在25℃以?xún)?nèi)，基面溫差和基地溫差均控制在20℃以?xún)?nèi)，及時(shí)調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不至于過(guò)大，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。

（4）合理安排施工順序，控制混凝土在澆筑中均勻上升，避免混凝土拌合物堆積過(guò)大高差，在結(jié)構(gòu)完成后及時(shí)回填，避免其側(cè)面長(zhǎng)期暴露。

4.改善條件，削減溫度應(yīng)力

（1）采取分層或分塊澆筑大體積混凝土，合理設(shè)置水平或垂直施工縫，或在適當(dāng)?shù)牡胤?，設(shè)置施工后澆帶，以放松約束程度，減少每次澆筑長(zhǎng)度的蓄熱量，防止水化熱的積聚，減少溫度應(yīng)力。

（2）對(duì)大體積混凝土基礎(chǔ)與巖石地基，或基礎(chǔ)與厚大的混凝土墊層之間設(shè)置滑動(dòng)層，如采用平面澆瀝青膠鋪砂，或刷熱瀝青或鋪卷材在垂直面，鍵槽部位設(shè)置緩沖層，如鋪設(shè)30-50mm厚瀝青木絲板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，釋放約束應(yīng)力。

5.構(gòu)造設(shè)計(jì)上采取防裂措施

（1）設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式，減少工程數(shù)量，降低水化熱。

（2）充分利用混凝土在基坑有側(cè)限條件，在混凝土中摻加微膨脹劑，使其在基坑約束下成一定的預(yù)壓力，補(bǔ)償混凝土內(nèi)部溫度、收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而有效的避免混凝土裂縫的產(chǎn)生。

（3）大體積混凝土體積龐大，施工周期一般較長(zhǎng)，從而減低設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)，達(dá)到減少混凝土水泥用量，降低水化熱的目的。

（4）由于邊界存在約束才會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，采用改善邊界約束的構(gòu)造設(shè)計(jì)，如遇有約束強(qiáng)的巖石類(lèi)地基、較厚的混凝土墊層時(shí)，可在接觸面上設(shè)滑動(dòng)層來(lái)減少溫度應(yīng)力。

（5）在設(shè)計(jì)構(gòu)造方面還應(yīng)重視合理配筋對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)抗裂的有益作用。

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