朱治國

(山西太水市政工程有限公司，山西太原 030024)

談給排水廠站大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生與防治

朱治國

(山西太水市政工程有限公司，山西太原 030024)

介紹了大體積混凝土的主要特點與種類，從水泥水化熱內(nèi)外約束條件、外界氣溫變化、混凝土收縮變形等方面，分析了大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，并提出了主要的防治措施，從而保證大體積混凝土的工程質(zhì)量。

大體積混凝土，收縮變形，沉陷裂縫，防治措施

0 引言

大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物其實體最小幾何尺寸不小于1 m的大體量的混凝土，或者混凝土結(jié)構(gòu)可能會因為膠凝材料的水化反應(yīng)造成溫度變化、收縮從而導(dǎo)致有害的裂縫產(chǎn)生。

大體積混凝土在工程中主要應(yīng)用于水利大壩、橋梁墩柱、大型設(shè)備基礎(chǔ)，以及大型建(構(gòu))筑物工程，尤其是在近幾年城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，更為常見。其中，市政給排水廠站構(gòu)筑物工程中大體積混凝土裂縫的防治更值得研究。

市政給排水廠站構(gòu)筑物工程中的大體積混凝土主要指大型給排水構(gòu)筑物的底板工程，以及達到規(guī)模的池壁工程。

1 大體積混凝土的主要特點

大體積混凝土的主要特點是結(jié)構(gòu)截面大、結(jié)構(gòu)厚實、混凝土用量多，施工時因大體積混凝土內(nèi)部水化熱不易散發(fā)，易使所澆筑的結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，故對施工技術(shù)要求較高。

2 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的種類

大體積混凝土產(chǎn)生的裂縫，依據(jù)縫隙深度分為貫穿裂縫、深層裂縫、表面裂縫三類。表面裂縫指的是溫度裂縫，對結(jié)構(gòu)物的危害性小，但影響結(jié)構(gòu)物外觀;深層裂縫指的是局部切斷結(jié)構(gòu)物斷面的裂縫，會危害結(jié)構(gòu)物的耐久性;貫穿裂縫指的是由表面裂縫逐步演變成切斷結(jié)構(gòu)物斷面的裂縫，不但會危害結(jié)構(gòu)物的耐久性，還可能破壞結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性和整體性，對結(jié)構(gòu)物的危害性大。

3 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，主要有兩方面:一方面是混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形，另一方面是混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外約束力即抗拉強度。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力大于其抗拉強度，混凝土結(jié)構(gòu)物就會產(chǎn)生裂縫。分析常見裂縫，主要起因如下所述。

3.1 水泥的水化熱影響

水泥在混凝土中發(fā)生水化反應(yīng)時，會伴隨反應(yīng)產(chǎn)生熱量，使其內(nèi)部溫度升高，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部溫度大大超過其表面溫度的時候，結(jié)構(gòu)物的溫度應(yīng)力和溫度變形就隨之產(chǎn)生。當(dāng)結(jié)構(gòu)物溫度應(yīng)力高于其內(nèi)外約束力的時候，混凝土結(jié)構(gòu)物就產(chǎn)生裂縫。

混凝土結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部溫度和混凝土的厚度、水泥的用量、灰水比，以及水泥的標(biāo)號和品種等密切相關(guān)。

3.2 內(nèi)外約束條件的影響

早期混凝土受到溫度變化和外界約束等因素影響時，內(nèi)部會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，并且混凝土的早期強度較低，容易產(chǎn)生裂縫。由于水泥水化反應(yīng)放熱，使得混凝土結(jié)構(gòu)物中心溫度高、熱膨脹大，結(jié)構(gòu)物表面產(chǎn)生拉應(yīng)力、中心產(chǎn)生壓應(yīng)力，當(dāng)結(jié)構(gòu)物表面拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強度時，混凝土結(jié)構(gòu)物就產(chǎn)生裂縫。而大體積的混凝土，由于結(jié)構(gòu)的體積大，內(nèi)部產(chǎn)生的水泥水化熱很難得到及時散發(fā)，引起混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差較大，更易造成結(jié)構(gòu)物過早的產(chǎn)生裂縫。

3.3 外界大氣溫的變化影響

在施工階段，大體積混凝土常受外界大氣溫影響。外界氣溫的變化將加劇混凝土結(jié)構(gòu)的開裂。當(dāng)外界氣溫下降，特別是氣溫驟降，混凝土結(jié)構(gòu)物的表面溫度會驟然大幅降低，中心溫度卻下降速度較慢，造成結(jié)果是混凝土結(jié)構(gòu)物的中心溫度偏高、表面溫度偏低，溫差很大，溫度應(yīng)力很大，結(jié)構(gòu)物內(nèi)部體積膨脹、表面體積收縮，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大量裂縫。規(guī)范規(guī)定，混凝土在澆筑及養(yǎng)護過程中，應(yīng)確?；炷两Y(jié)構(gòu)表面溫度與環(huán)境溫度之差不應(yīng)大于20℃，混凝土結(jié)構(gòu)中心溫度與表面溫度之差不應(yīng)大于25℃。實踐證明，符合該規(guī)定時，混凝土結(jié)構(gòu)因外界氣溫變化而產(chǎn)生的裂縫數(shù)量較少且對結(jié)構(gòu)的強度、剛度、耐久性影響較小。

3.4 混凝土收縮變形的影響

混凝土的收縮變形是指混凝土在不受外力的情況下，因體積減小而產(chǎn)生的變形?；炷潦湛s分為硬化收縮、失水收縮、塑性收縮、碳化收縮、溫度收縮。硬化收縮是混凝土硬化過程中由于水泥和水化合化學(xué)引起的體積減小，這種收縮主要與水泥的品種有關(guān)，變形不大。失水收縮(干燥收縮)是混凝土中微小孔隙中的水散失引起的體積減小，變形過程非常復(fù)雜。塑性收縮主要是指混凝土在未凝結(jié)硬化之前，混凝土表面的水分蒸發(fā)損失，而混凝土結(jié)構(gòu)還處在塑性狀態(tài)的時候發(fā)生的收縮，裂縫主要產(chǎn)生在結(jié)構(gòu)表面，深度不大。碳化收縮是指混凝土在長期的使用過程中，在環(huán)境中二氧化碳和水的作用下形成碳酸，與水泥的水化產(chǎn)物反應(yīng)生成碳酸鈣等產(chǎn)物而破壞混凝土的結(jié)構(gòu)，同時導(dǎo)致混凝土發(fā)生碳化收縮，碳化收縮與失水收縮一般是同時進行的，碳化收縮也會造成結(jié)構(gòu)表面裂縫的產(chǎn)生。溫度收縮主要是指混凝土澆筑后，在凝結(jié)硬化的過程中，由于水泥水化發(fā)生反應(yīng)，從而放出熱量造成混凝土結(jié)構(gòu)溫度升高，在凝結(jié)硬化的后期，伴隨著水泥水化的反應(yīng)速度降低直至水化反應(yīng)結(jié)束，熱量不斷散失，混凝土進入降溫過程，混凝土溫度降低伴隨體積縮小，施工控制不當(dāng)極易產(chǎn)生裂縫。

3.5 沉陷裂縫

沉陷裂縫主要因為支撐、支架變形和地基的不均勻沉降，大部分屬于貫穿性或深層裂縫，有些在結(jié)構(gòu)上部，有些在結(jié)構(gòu)下部，一般與地面呈30°～45°或垂直方向發(fā)展。沉陷裂縫中較嚴(yán)重的貫穿性裂縫，大多左右或上下存在一定距離，裂縫寬度和地基的不均勻沉降、荷載大小有關(guān)，而與溫度變化的關(guān)系很小。地基達到變形穩(wěn)定后，沉陷裂縫基本上會趨于穩(wěn)定。

4 大體積混凝土產(chǎn)生的裂縫主要防治措施

大體積混凝土產(chǎn)生的裂縫，依據(jù)上述原因分析，可采取兩類防治措施進行沉陷裂縫和非沉陷裂縫的防治。

4.1 非沉陷裂縫的措施

非沉陷裂縫的防治主要是在混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑過程中，進行人為控制，減小結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的溫度和結(jié)構(gòu)外部外溫度差。在施工之前，要準(zhǔn)確計算熱工，制定符合規(guī)范的、有效的技術(shù)措施。

4.1.1 優(yōu)化配合比、優(yōu)選材料

優(yōu)選水化熱較低的水泥，來降低混凝土結(jié)構(gòu)中水泥水化熱，使大體積混凝土升溫的速度得到控制。嚴(yán)格控制拌制混凝土所用粗細(xì)集料的含泥量，含泥量超過一定限值不但會造成混凝土結(jié)構(gòu)物抗拉強度降低，還可能加大混凝土的收縮，對混凝土的抗裂產(chǎn)生不利影響。

優(yōu)化混凝土配合比，嚴(yán)格控制混凝土中粗細(xì)集料的級配和坍落度，盡可能降低水泥用量。

選用合適的外加劑，以改善混凝土的性能，適當(dāng)延長混凝土的凝結(jié)時間。

4.1.2 優(yōu)化混凝土的拌和、運輸、澆筑、振搗施工方案

環(huán)境溫度較高的季節(jié)，可以利用給混凝土拌合場設(shè)置遮陽棚、拌和時水中加入冰塊、運輸設(shè)備遮陽隔熱等措施盡量降低混凝土的入模溫度。環(huán)境溫度較低的季節(jié)，可以利用拌和時加熱砂石和水、運輸設(shè)備保溫等措施來提高混凝土的入模溫度。

分層分塊澆筑混凝土，利用增大澆筑面積來盡快散熱，從而裂縫在混凝土中產(chǎn)生的概率降低，分層澆筑常用的方法有分段分層、全面分層、斜面分層。

混凝土澆筑時，應(yīng)選擇與澆筑方法相匹配的振搗方法，不漏振、不過振。

4.1.3 優(yōu)化養(yǎng)護措施

養(yǎng)護大體積混凝土結(jié)構(gòu)物的主要措施是保持適宜的溫、濕度，使結(jié)構(gòu)物內(nèi)外溫差控制在一定限值范圍，保證結(jié)構(gòu)物混凝土強度能夠正常發(fā)展，并且可以防止裂縫的產(chǎn)生或者進一步發(fā)展。

當(dāng)環(huán)境溫度較高時，大體積混凝土的主要養(yǎng)護措施采用隔熱保濕，必要時可通過在混凝土內(nèi)部設(shè)置預(yù)埋水管通入冷卻水的內(nèi)部降溫法來降低混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差。環(huán)境溫度較低的季節(jié)，大體積混凝土養(yǎng)護主要采取保溫措施。

4.2 沉陷裂縫的防治措施

沉陷裂縫防治主要是支撐、模板支架的合理設(shè)計及地基的處理，必要時設(shè)置合理的后澆帶，主要防治措施如下:

1)在對填土地基、松軟土，上部結(jié)構(gòu)施工之前，采取必要的處理措施加固和夯實。

2)防止混凝土澆筑及養(yǎng)護過程中地基被水浸泡。

3)保證模板及模板支架、支撐有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。

4)依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的強度等級，準(zhǔn)確掌握模板拆除的時間，不能太早拆模，并且把握拆模板的先后次序。

5)在凍土地基上，搭設(shè)模板和模板支撐、支架時要采取一定的抗凍融及抗滑預(yù)防措施。

6)在合適的位置，設(shè)置合理后澆帶。

市政給排水廠站構(gòu)筑物工程中大型鋼筋混凝土底板大體積混凝土工程中，防治混凝土的沉陷裂縫主要采取上述措施中的地基夯實、加固和設(shè)置后澆帶來實現(xiàn)。

5 結(jié)語

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，主要是控制混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力不超過其能承受的抗拉強度。大體積混凝土裂縫的防治，可以通過優(yōu)選材料，采取適當(dāng)?shù)氖┕ご胧?，養(yǎng)護措施等來實現(xiàn)。

［1］GB 50496—2012，大體積混凝土施工規(guī)范［S］.

［2］全國一級建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書編寫委員會.市政公用工程管理與實務(wù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

On formation of large concrete cracks in water-supply and drainage plants and their prevention

Zhu Zhiguo
(Shanxi Taishui Municipal Engineering Co.，Ltd，Taiyuan 030024，China)

The paper introduces the main features and classifications for the large concrete，analyzes the reasons for the cracks of the large concrete from the hydration heat of cement，internal and external restraints，external temperature changes，and concrete shrinkage and deformation，and points the main prevention measures，so as to ensure the engineering quality of the large concrete.

large concrete，shrinkage and deformation，settlement crack，prevention measure

TU755.7

:A

1009-6825(2016)36-0115-02

2016-10-09

朱治國(1982-)，男，工程師