研究大體積混凝土防開裂的對策

蔣嘉春

摘要：大體積混凝土具有結構厚、體積大、鋼筋密、混凝土澆筑量大、施工技術要求高等特點。大體積混凝土結構施工成敗的關鍵之一在于如何采取切實可行的技術措施，防止裂縫的產(chǎn)生。大體積混凝土的裂縫問題十分復雜，本文僅大體積混凝士裂縫產(chǎn)生的原因以及防治措施進行闡述。

關鍵詞：大體積混凝土：溫度應力：開裂：溫度裂縫

混凝土開裂會給建筑造成各種影響，首先會影響外觀，其次會降低承載能力，對建筑物的結構安全產(chǎn)生影響。這是由混凝土的脆性本質所決定的。當前建筑物中混凝土結構出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象并非少見，在一定作用下一般都會出現(xiàn)不同形式或者不同程度的裂縫。有研究顯示，近幾年來，由于混凝土開裂而導致的工程問題，如某些地下工程出現(xiàn)滲漏等時有發(fā)生。有些城市的地下工程滲漏率竟高達70%。這無形中就影響了人們的正常生產(chǎn)生活。因此，研究大體積混凝土防開裂就具有重要意義。

一、概念

就當前而言，還沒有明確的專著對大體積混凝土提出確切的概念。通常我們所說的大體積混凝土是指最小斷面尺寸中任意一個方向均在0.8m以上的混凝土。這種混凝土的主要特價就是尺寸結構較大，也正是因為這一特點，才使得大體積混凝土開裂現(xiàn)場較多。由于科技的不斷發(fā)展和施工技術的不斷進步，也使得混凝土技術有了較大的發(fā)展。大體積混凝土在施工中的應用也不斷的增加。但是，實踐中已經(jīng)不斷證明，與普通混凝土結構相比，大體積混凝土在建筑工程中更容易發(fā)生建筑物開裂現(xiàn)象。施工人員和相關的技術設計人員也已經(jīng)認識到這一現(xiàn)象，一些相應的防治措施也正在研制中。由于技術發(fā)展水平的限制，在施工過程中完成不留施工縫的前提下利用大體積混凝土施工的要求，目前還有一定困難。這主要是由大體積混凝土的自身結構及其長、寬、厚所決定的。另一方面，與混凝土在澆筑過程中內(nèi)外部較大的溫差也有非常大的關系。大體積混凝土在澆筑過程中，其內(nèi)部的水化熱不能完全發(fā)散出去，形成了內(nèi)部溫度遠遠高于外部溫度的現(xiàn)象。有研究表明，內(nèi)部溫度最高可比外部溫度高出50攝氏度左右，有時甚至還會更高。這種內(nèi)部溫度遠遠高于外部溫度的現(xiàn)象，導致大體積混凝土非常容易發(fā)生開裂。在建筑施工過程中，大體積混凝土一旦發(fā)生開裂現(xiàn)象，對整個工程構件將產(chǎn)生危險影響。如果開裂較為嚴重，那么有可能直接影響整個工程的穩(wěn)定性和安全性。如果在地下室等地使用開裂的大體積混凝土，很有可能會發(fā)生地下結構漏水現(xiàn)象，整個施工建筑都將受影響，使用功能也將不存在。

二、原因分析

大體積混凝土開裂的的原因較多，也較復雜。這主要與大體積混凝土自身工程條件的復雜程度有關系。另外，由于體積大，所以澆筑需要量也較大，自身結構也較為厚大等等，這些原因都可以使大體積混凝土發(fā)生開裂現(xiàn)象。本研究對使用大體積混凝土的建筑進行調(diào)查研究之后發(fā)現(xiàn)，以下幾個原因是引起大體積混凝土開裂的主要原因。

1.自身開裂原因

大體積混凝土開裂的自身原因是由于水泥在水化的過程中內(nèi)部過于干燥引起的。大體積混凝土內(nèi)部水化的外部表現(xiàn)就是收縮徐變。水泥的凝固過程中水分會慢慢減少，最后蒸發(fā)出去。在混凝土內(nèi)部，因為水分的蒸發(fā)會有許多毛細孔和氣孔產(chǎn)生。隨著水分的不斷蒸發(fā)，這些毛細孔和氣孔在表面張力的作用，會產(chǎn)生氣壓差，導致外部壓力要大于內(nèi)部壓力。因此毛細孔和氣孔中就有負壓產(chǎn)生。負壓的產(chǎn)生又使得大體積混凝土收縮。如果制約或者阻礙了這種收縮，那么混凝土就會發(fā)生開裂。有研究表明，隨著時間的變化，大體積混凝土的收縮速度會逐漸變慢。

2.外界影響因素

大體積混凝土是否開裂，外界環(huán)境因素起著主要的作用。外界環(huán)境對大體積混凝土的影響中，主要是溫度變化的影響比較大。具體一點講，就是溫度應力變化會引起大體積混凝土開裂。大體積混凝土溫度應力變化與其自身機構相關，其質量較重，體積較大，因此內(nèi)部熱量散發(fā)到體表就需要較長的時間，硬化時間較長，即導熱性就差。所以大體積混凝土就容易發(fā)生開裂現(xiàn)象。另一方面，在同一個建筑工程中，由于新舊兩種混凝土的共同存在，舊混凝土會對剛剛澆筑的混凝土產(chǎn)生一定的約束作用。這種約束作用還會隨著時間的變化而不斷的增加，最后形成一種拉應力。當這種拉應力超出抗拉強度的極限之后，大體積混凝土就會發(fā)生裂縫。

3.水泥內(nèi)外溫差過大

這是大體積混凝土溫度裂縫出現(xiàn)的主要因素。大體積混凝土在澆筑過程中會產(chǎn)生一定的熱量。但是由于其體積較大，斷面較厚，因此在水化過程中不易將熱量散發(fā)出去。這就導致混凝土內(nèi)部溫度遠遠高于外部溫度。隨著時間的變化，混凝土內(nèi)部彈性模量也不斷增高。彈性模量的增高會使得大體積混凝土內(nèi)部溫度降低速度越來越慢，這就會產(chǎn)生一種強大的拉應力。混凝土內(nèi)部的拉應力與抗拉強度如果不相適應時，溫度裂縫就會產(chǎn)生。

4.施工原因

由于不按照規(guī)程進行施工操作，也是引起大體積混凝土開裂的一個原因。例如：在生產(chǎn)混凝土過程中攪拌時間過長，不能及時運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，導致混凝土水分蒸發(fā)較多等，都可能使得塌落度有較大的損傷，進而在大體積混凝土凝固過程中出現(xiàn)收縮裂縫。有些施工中為了便于運輸，制作的混凝土具有較差的流動性和和易性。到達施工現(xiàn)場之后，工人為了增加流動性加入大量的水，使得混凝土的強度大大降低。由于加水前的混凝土和加水后的混凝土具有不同的水灰比和強度配比，這就可能造成干縮裂縫或者凝縮裂縫的產(chǎn)生。另外，施工不當或者沒有按照施工章程進行操作等原因，都有可能造成大體積混凝土開裂的現(xiàn)象。

三、大體積混凝土的防開裂策略

1.加強養(yǎng)護

實踐表明，采用保溫法養(yǎng)護混凝土完全可以控制混凝土內(nèi)外溫差在25攝氏度以內(nèi)。夏季施工時的保濕和冬季施工時的保溫是大體積混凝土養(yǎng)護的控制重點。保溫養(yǎng)護過程中，應保持混凝土表面濕潤。大體積混凝土的養(yǎng)護主要是保溫。時間一般選擇在澆筑后2小時內(nèi)。保溫材料一般選擇價格便宜并且保溫性能好的材料，既可以減少內(nèi)外部溫度差，又可以有效的增加大體積混凝土的表面溫度。例如可以在大體積混凝土表面覆蓋一些草袋或者塑料薄膜等。如果在冬天拆除大體積混凝土的模，要采取措施預防溫度突然下降、寒潮或者干燥等突發(fā)的天氣變化。

2.優(yōu)化混凝土配合比

內(nèi)部混凝土主要考慮抗裂性能好、兼顧低熱和高強兩方面的要求。一般采用低熱礦渣水泥，中熱硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥摻人一定量的粉煤灰。至于外部混凝土，除了抗裂性能外，還要求抗凍融性、耐磨性、抗蝕性、強度較高及干縮較小，因此一般采用較高標號的中熱硅酸鹽水泥。

摻用混合材的目的在于降低混凝土的絕熱溫升、提高混凝土抗裂能力。混合材包括礦渣、粉煤灰、燒粘土等。目前粉煤灰采用較多。

3.提高施工質量

施工過程中，為了防止裂縫，除了嚴格控制混凝土溫度外，還需要加強施工管理、提高混凝土施工質量。在混凝土澆筑進度安排上，盡量做到薄層、短間歇、均勻上升，避免突擊澆筑一塊混凝土，然后長期停歇：盡量利用低溫季節(jié)澆筑基礎部分混凝土。

四、結論

總而言之，隨著我國社會發(fā)展的步伐不斷加快，橋梁工程、建筑工程必然會不斷增多，而大體積混凝土的應用也會隨之增多。為了確保各類工程的整體質量，必須在應用大體積混凝土結構的工程當中，采取有效措施防止混凝土發(fā)生開裂，只有這樣才能使大體積混凝土結構的應用越來越廣泛。

參考文獻：

[1]馬巖.大體積混凝土開裂的預防[J].城市建設理論研究：電子版，2011（19）.372.

[2]李錦文.關于建筑大體積混凝土開裂問題的探討[J].科技致富向導，2010（18）.

[3]葉遠勝，吳春雷，李艷萍，劉麗霞.寒區(qū)大體積混凝土開裂的主要因素分析.東北水利水電，2008（10）.