大體積混凝土的裂縫分析及控制方法

王嘉

摘要：大體積的混凝土開裂之后，它的性能和原狀態(tài)的混凝土差別很大，尤其是在耐久性方面的差別，混凝土滲透反過來會促使混凝土進一步惡化，嚴重影響了結(jié)構(gòu)的長期安全和耐久運行。裂縫大多在早期產(chǎn)生，探討裂縫產(chǎn)生的原因和防止裂縫出現(xiàn)是十分重要的。本文通過分析大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和類型，分別從不同環(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，分析，控制方法

大體積混凝土和普通混凝土相比，除了具有普通混凝土的強度、剛度和整體性以及耐久性之外，主要就是如何控制溫度變形裂縫的發(fā)生和開展。在施工過程中大體積混凝土開裂是常見病害，在施工時應(yīng)盡可能采取有效措施防止裂縫產(chǎn)生，確保結(jié)構(gòu)盡可能沒有裂縫，或者減少裂縫的數(shù)量和寬度，尤其注意要避免有害裂縫的出現(xiàn)，確保工程的質(zhì)量。[1]

一、 大體積混凝土裂縫的主要類型和原因

（一） 干縮裂縫

在實際工程中，干縮裂縫是最常見的。在收縮種類中，塑性收縮和縮水收縮是導(dǎo)致混凝土體積變形的主要原因，另有自生收縮和炭化收縮。混凝土的干縮主要跟混凝土的水灰比、水泥成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。混凝土收縮是混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)程度不同導(dǎo)致的結(jié)果；混凝土受到外部的條件影響，其表面的水分損失過快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，混凝土內(nèi)部約束較大的表面干縮變形，裂縫因較大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，越易產(chǎn)生裂縫。干縮裂縫多在混凝土養(yǎng)護結(jié)束后一段時間或者澆筑完一周后產(chǎn)生。[2]

干縮裂縫多是表面性的平行線狀或者網(wǎng)狀淺細裂縫，寬度為0.05mm~0.2mm，平面部位多在大體積混凝土中出現(xiàn)，在較薄的梁板中裂縫多沿其短向分布?；炷恋目?jié)B性會受到干縮裂縫的影響，導(dǎo)致鋼筋腐蝕影響混凝土的耐久性，在水壓力下產(chǎn)生水力劈裂，混凝土的承載力受到影響。

（二） 塑性收縮裂縫

混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對濕度等等，這與混凝土的泌水有關(guān)。泌水是混凝土澆筑搗實之后在沒有凝結(jié)硬化之前，混凝土的澆筑面上出現(xiàn)一層清水或者有水從模版縫里滲出的現(xiàn)象，原因是水的密度比其它混凝土拌合物的組分密度要小。[3]

在大風(fēng)天或者干熱天中容易出現(xiàn)塑性收縮裂縫，裂縫一般是中間寬，兩端細，長短不一，互不連貫。好發(fā)部位是混凝土板或者比表面積較大的墻面。裂縫短的可為20~30cm，長的可為2m~3m，寬度一般為1mm~5mm。外觀上可以分為無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)狀和略有規(guī)則的斜紋狀或者能反映混凝土布筋情況和混凝土構(gòu)件截面變化等規(guī)則的形狀，深度為3~10cm,，一般不會延伸到混凝土板的邊緣。

（三） 沉陷裂縫

沉陷裂縫產(chǎn)生的原因是地基土質(zhì)不勻、松軟，或者因回填土不實導(dǎo)致不均勻沉降。模板剛度不足，模板支撐間距多大或底部松動也會導(dǎo)致沉陷裂縫。冬季是沉陷裂縫的多發(fā)季節(jié)，凍土上有模板，凍土化凍之后不均勻沉降，導(dǎo)致裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生。裂縫多為深進或貫穿性，沉陷情況決定了它的走向情況，發(fā)展方向和地面呈30~40°角。大的沉陷裂縫會有錯位現(xiàn)象，裂縫寬度和沉降量成正比，沉陷裂縫的穩(wěn)定性取決于地基變形的穩(wěn)定性。

（四） 溫度裂縫

水泥水化時會有大量的熱量產(chǎn)生，每米混凝土用350~559kg/m3水泥來計算，那么將會釋放17500~27500kj的熱量。這些熱量釋放之后會使混凝土內(nèi)部的溫度升高，一般升高范圍是35℃，澆筑溫度為28℃時混凝土內(nèi)部溫度可達到65℃左右。在不采取有效的降溫措施的情況下，混凝土內(nèi)部溫度可以更高。澆筑后3~5d是混凝土內(nèi)部溫度達到最高點的時間?；炷恋闹行臏囟雀?，表面溫度低，這是因為其內(nèi)部和表面的散熱條件不同，這樣形成了一個溫度梯度，導(dǎo)致溫度變形和溫度應(yīng)力?；炷恋目估瓘姸仁怯邢薜模坏囟葢?yīng)力超過抗拉強度的閾值時，混凝土就會產(chǎn)生裂縫。[4]

（五） 施工冷縫

大體積的混凝土的澆筑量很大，分層澆筑時，混凝土的初凝之前沒有實現(xiàn)前后分層澆筑的間隔，受到惡劣天氣的影響，導(dǎo)致混凝土的澆筑不連續(xù)而有冷縫出現(xiàn)。

（六） 鋼筋腐蝕引起的裂縫

混凝土的質(zhì)量較差時或者厚度不足的時候，混凝土的保護層會受到二氧化碳的腐蝕炭化到鋼筋的表面。鋼筋混凝土周圍的堿度降低，或者氯化物介入導(dǎo)致鋼筋周圍的氯離子含量較高，鋼筋表面的氧化膜因此受到破壞，鋼筋中的鐵離子與混凝土中的氧氣和水分發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的腐蝕物氫氧化鐵的體積是原來的2~4倍，這使得腐蝕物對周圍的混凝土產(chǎn)生了膨脹應(yīng)力，混凝土的保護層因此開裂、剝離，在鋼筋的縱向上生成裂縫，并且混凝土的表面有銹跡滲出。因為腐蝕的原因?qū)е落摻畹挠行嗝婷娣e減小，鋼筋和混凝土的捏裹力削弱，其結(jié)構(gòu)的承載力下降。并且有其他形式的裂縫被誘發(fā)的可能，最后導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。

二、 裂縫的控制方法

（一） 溫差控制

大體積混凝土凝結(jié)時熱量散發(fā)慢，水化熱導(dǎo)致內(nèi)外溫差過大，這就會引起裂紋，所以溫差控制在施工過程中是十分必要的。選擇合適的水泥品種，降低水泥的用量。內(nèi)外溫差包括兩層含義，一是混凝土內(nèi)部和表面的溫差，二是混凝土表面和自然溫度之間的溫差。經(jīng)大量資料證明溫差為30℃時混凝土的質(zhì)量可以得到確保。

（二） 保溫控制

在混凝土澆筑到標高后用塑料薄膜覆蓋，再加鋪3層草袋，這樣做有兩種作用，一是減少混凝土水分蒸發(fā)，避免其表面裂紋。二是減小溫差。根據(jù)現(xiàn)場實際情況溫差應(yīng)該控制在25℃以下，入模溫度35℃以下。

（三） 設(shè)計措施

增配可以抗裂的構(gòu)造筋，采用小直徑、小間距、全截面的配筋率在0.3~0.5%之內(nèi)。避免薄弱環(huán)節(jié)受到集中應(yīng)力作用，在薄弱環(huán)節(jié)采用加強措施?？梢栽O(shè)置暗梁于易裂部位邊緣，使該部位的配筋率提高。氣候特征也是設(shè)計時需要充分考慮的因素之一，后澆縫的設(shè)置要合理，一般間距為20~30m，保留時間不低于60天。[5]

（四） 施工措施

對混凝土原材料的控制要嚴格化，低水化熱的水泥是最佳選擇，另外要選擇含泥量少的粗細骨料。對混凝土的集料比進行細致分析，做好混凝土水灰比的控制工作，降低混凝土的坍落度，塑化劑和減少劑的摻加量要合理。夜間是澆筑進行的最佳時間，這樣可以把初凝溫度最大限度地降低。白天施工要有遮陽措施，如搭建簡易帳篷等，或者覆蓋陰濕麻袋，某些情況下可以向骨料噴冷水。混凝土的拆模時間可以盡量往后拖，混凝土表面溫度在拆模后下降范圍不能超過15℃。振搗時采用二次振搗，這樣可以增強混凝土的抗裂性，提高其強度?；炷猎谶\輸和泵送時做好降溫工作，嚴格控制混凝土的出料溫度，做好混凝土的及時養(yǎng)護工作。[6]

（五） 鋼筋布置

為控制溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，可在設(shè)計底板時采用“井”字鋼筋暗梁方案，這樣有多層鋼筋分布在上下部位，中間也有根據(jù)混凝土厚度按一定間距設(shè)置的鋼筋網(wǎng)。

（六） 加強技術(shù)管理

對于原材料的檢驗、試驗工作要抓緊，嚴格按照方案施工，做到分工明確細化，責(zé)任追溯到個人。監(jiān)測工作也要做好，應(yīng)該定時檢查并且對結(jié)果進行詳細記錄。采取預(yù)先措施防止可能出現(xiàn)的冷縫發(fā)生，加強預(yù)測變截面施工前的各種問題，切實按照施工方案進行施工。

三、 結(jié)語

大體積混凝土的作用有利有弊，一方面它可以提供較為安全的支撐給現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)，另一方面它本身存在著出現(xiàn)裂縫的安全隱患。所以我們必須在實踐中加大對大體積混凝土結(jié)構(gòu)特性的重視程度，采取針對性的技術(shù)措施來解決設(shè)計和施工中出現(xiàn)的各種問題，那么可以有效避免裂縫的產(chǎn)生，也可以將建筑的壽命延長到最大限度。在幾個工程的實踐過程中，我們嚴格按照施工方案生產(chǎn)取得了一些較好的成果，達到了控制裂縫出現(xiàn)的目的，因此我們認為：嚴格控制混凝土的配合比，防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵是原材料的質(zhì)量檢驗和保溫措施。鋼筋的配筋率、施工方案和外加劑的摻加也是影響裂縫出現(xiàn)的重要因素。嚴格照施工方案施工，增強每個施工人員的責(zé)任意識是必不可少的。

參考文獻: