大體積混凝土裂縫起因分析

曹凱 陳大全

【摘要】隨著社會的高速發(fā)展及技術(shù)的進(jìn)步，大體積混凝土的應(yīng)用也越來越廣泛，出現(xiàn)的問題也越來越多，有些已嚴(yán)重影響到工程結(jié)構(gòu)的使用壽命及安全。文章主要對引起大體積混凝土裂縫的原因進(jìn)行分析，并提出一些建議性的裂縫控制手段方法。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；裂縫；控制方法

一、大體積混凝土的概念

我國目前對于大體積混凝土還沒有明確的定義，在國際上，各個(gè)國家對于大體積混凝土的定義及針對大體積混凝土的施工所做出的規(guī)定也各不相同。以美國為例，美國混凝土學(xué)會就對大體積混凝土做出了這樣的規(guī)定：任何就地澆筑的大體積混凝土，要根據(jù)它尺寸的巨大而采取相應(yīng)的措施來解決水化熱及由于水化熱而產(chǎn)生的形變的問題，以此來減少大體積混凝土開裂的數(shù)量。

在大體積混凝土施工中，由于混凝土中水泥的水化作用是放熱反應(yīng)，且大體積混凝土自身不易于散熱，導(dǎo)致了大體積混凝土內(nèi)部升溫比外部升溫幅度要大，這種升溫幅度的差距導(dǎo)致混凝土各部分的熱脹冷縮及由于其相互約束和外部約束共同作用而產(chǎn)生的應(yīng)力是很復(fù)雜的，一旦溫度超過混凝土結(jié)構(gòu)所能承受的拉力的極限就會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

二、造成大體積混凝土裂縫主要起因分析

1、材料選用、配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)

水泥：混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展快可以給承包商帶來明顯的利益，水泥生產(chǎn)商將水泥產(chǎn)品中C3S的含量提高越來越多，細(xì)度也越來越大，導(dǎo)致了早期混凝土強(qiáng)度越來越高，水化放熱越來越快，這就意味著混凝土的早期溫升越來越大；在一般溫度環(huán)境中會造成混凝土構(gòu)件中心與表面之間的溫度梯度過大，表面將會出現(xiàn)裂縫。粗細(xì)骨料：粗細(xì)骨料含泥量過大，造成混凝土收縮增大；集料顆粒級配不良，使得骨料堆積的空隙率大，相應(yīng)地用于填充的水泥漿體量也大，既浪費(fèi)了水泥，又容易造成混凝土收縮的增大，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。外加劑和摻合料：混凝土外加劑、摻和料選擇不當(dāng)或摻量不當(dāng)，嚴(yán)重增加混凝土收縮。

配合比不當(dāng)指水泥用量過大，水灰比大，含砂率不適當(dāng)，骨料種類不佳，選用外加劑不當(dāng)?shù)?，這幾個(gè)因素是互相關(guān)聯(lián)的。

2、環(huán)境的溫差

由于大體積混凝土具有厚度和體積較大的特點(diǎn)，在施工進(jìn)行時(shí)大體積混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)的表面散熱和內(nèi)部散熱快慢不同，混凝土表面與內(nèi)部形成較大的溫差，導(dǎo)致大體積混凝土受熱不均的現(xiàn)象。由于熱脹冷縮的原理，表面的混凝土收縮，內(nèi)部的混凝土膨脹，就會導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。除了大體積混凝土本身之外，外部的溫度對大體積混凝土也會有一定的影響。在大面積混凝土施工的過程中，由于水泥的水化熱現(xiàn)象加上混凝土本身散熱功能的降溫處理形成一個(gè)復(fù)合溫度，這個(gè)復(fù)合溫度與外部氣溫之間的差就是內(nèi)外溫差，當(dāng)外部的氣溫很低，或者外部的氣溫下降很快的時(shí)候就會使大體積混凝土產(chǎn)生很大的應(yīng)力而變形，容易使混凝土產(chǎn)生裂縫。

3、收縮裂縫

（1）溫度收縮：溫度收縮又稱冷縮。它是混凝土由于水泥水化而產(chǎn)生溫度升高，而后又冷卻到環(huán)境溫度時(shí)產(chǎn)生的收縮。其大小與混凝土的熱膨脹系數(shù)、混凝土內(nèi)部最高的溫度和降溫速率等因素有關(guān)。

（2）塑性收縮：在終凝前，混凝土處于塑性狀態(tài)，塑性收縮比較明顯。其成因是新拌混凝土的拌和物顆粒間充滿著水，當(dāng)表面失水速率超過內(nèi)部水向表面遷移的速率時(shí)，則會造成毛細(xì)管中產(chǎn)生負(fù)壓，使?jié){體產(chǎn)生塑性收縮。

（3）干燥收縮：干燥收縮指的是混凝土干燥失水產(chǎn)生的收縮。隨著相對濕度降低，水泥漿體干縮增大，且不同層次的水對干縮影響大小也不同，實(shí)測干縮值大約在200×10-6～1000×10-6范圍。

（4）自身收縮：泥水化反應(yīng)的主要產(chǎn)物是C-S-H凝膠，其體積小于水泥與水的體積之和，即固相體積增加，但水泥漿體的絕對體積減小，這稱之為自身收縮。大部分硅酸鹽水泥漿體完全水化后，理論上體積減縮為7%～9%。

4、水泥水化熱

水泥的水化熱是大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的根本原因。水泥在硬化過程中不可避免的要產(chǎn)生水化熱。水化熱可使大體積混凝土內(nèi)部的溫度達(dá)到60～80℃，尤其在夏天，體積特別厚大的混凝土，溫度可能會更高。大量的熱量聚集在內(nèi)部不易散發(fā)出來，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部升溫過快，最高溫度出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3～5d內(nèi)，而此時(shí)混凝土表面溫度為室外環(huán)境溫度。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差超過25℃時(shí)，因溫度應(yīng)力導(dǎo)致混凝土自身膨脹，可能產(chǎn)生裂縫。又由于混凝土的導(dǎo)熱性能較差，澆注初期混凝土的強(qiáng)度和彈性模量都很低，對水化熱引起的急劇溫升約束不大。

三、大體積混凝土裂縫控制手段方法

1、混凝土材料控制

（1）水泥的品種選擇：在選擇水泥的時(shí)候要注意水泥的品種，由于水泥的外形基本一致，所以在選擇水泥之前先讓專業(yè)的工程師對水泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以挑選出最佳的水泥。好的水泥由于其膨脹性和收縮性較小，施工之后產(chǎn)生的混凝土應(yīng)力也相對較小，從而提高大體積混凝土的抗拉強(qiáng)度，有效的控制大體積混凝土裂縫發(fā)生。

（2）骨料的選擇：①粗骨料：在骨料的選擇上，大粒徑的粗骨料往往孔隙率低，水泥摻量少且級配優(yōu)良，因此宜采用大粒徑的粗骨料作為拌合原料。水泥摻量少了，水化熱會隨之降低，混凝土構(gòu)件內(nèi)外溫差自然得到控制，相對而言，也能降低裂縫發(fā)生的概率。②細(xì)骨料：細(xì)骨料選擇那些級配優(yōu)良的中砂或中粗砂?？傮w來說，在孔隙率和總表面積方面中粗砂都比較小，相對能降低水和水泥摻量，水泥水化熱得到控制，從而達(dá)到防止裂縫的目的。除此之外，混凝土的收縮變形與砂的含泥量呈正相關(guān)，含泥量越大，收縮變形就越大，混凝土構(gòu)件就容易出現(xiàn)裂縫。鑒于此，在混凝土施工中，最好選用干凈的中粗砂作細(xì)骨料。

（3）適量摻加粉煤灰和外加劑?；炷林袚接梅勖夯液屯饧觿┖螅軌蚋纳苹炷恋奶匦?，降低水化熱，在實(shí)踐中，效果相當(dāng)不錯(cuò)。內(nèi)摻膠凝材料用量10%的膨脹劑，使混凝土產(chǎn)生適度膨脹而補(bǔ)償收縮，防止混凝土開裂。

2、施工過程控制

大體積混凝土施工時(shí)內(nèi)部應(yīng)適當(dāng)預(yù)留一些孔道，在內(nèi)部通循環(huán)冷水或冷氣冷卻，降溫速度不應(yīng)超過0.5℃～1.0℃/h。對大型設(shè)備基礎(chǔ)可采用分塊分層澆筑（每層間隔時(shí)間5d～7d），分塊厚度為1.0m～1.5m，以利于水化熱散發(fā)和減少約束作用。當(dāng)混凝土澆筑在巖石地基或厚大的混凝土墊層上時(shí)，在巖石地基或混凝土墊層上鋪設(shè)防滑隔離層（澆二度瀝青膠撒鋪5mm厚砂子或鋪二氈三油），底板高低起伏和截面突變處，做成漸變化形式，以消除或減少約束作用。此外，還應(yīng)加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗，提高密實(shí)度。盡可能時(shí)間長些再拆模，拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上。盡量采用兩次振搗技術(shù)，改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。還可根據(jù)具體工程特點(diǎn)，采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。

3、后期養(yǎng)護(hù)工作

在大體積混凝土完成后，由于其性能不夠穩(wěn)定，后期應(yīng)該對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐獠筐B(yǎng)護(hù)，混凝土完工之后，大體積混凝土內(nèi)部的溫度也降了下來。就要防止混凝土表面溫度過高，因此有效的減少混凝土表面熱擴(kuò)散是非常重要。在進(jìn)行后期養(yǎng)護(hù)時(shí)可采取澆水的方法，能有效的降低混凝土表面溫度和因?yàn)槭畬?dǎo)致的裂縫。

四、結(jié)語

大體積混凝土裂縫對建筑工程質(zhì)量影響比較大，為了能夠減少或者避免大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，需要施工企業(yè)嚴(yán)格依照混凝土施工的相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行施工，嚴(yán)控混凝土各個(gè)施工環(huán)節(jié)質(zhì)量，做到發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施。

參考文獻(xiàn)：

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