大體積混凝土裂縫的成因及預(yù)防

林躍建

廈門鷺建興建設(shè)工程有限公司（361000）

大體積混凝土裂縫的成因及預(yù)防

林躍建

廈門鷺建興建設(shè)工程有限公司（361000）

文章首先闡述了大體積混凝土裂縫的概念，分析了大體積混凝土發(fā)生裂縫的主要原因，并從多個(gè)方面著手探討預(yù)防大體積混凝土裂縫缺陷的關(guān)鍵措施與方法，望能夠引起業(yè)內(nèi)人士關(guān)注。

大體積混凝土；裂縫；成因；預(yù)防

0 引言

在我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷發(fā)展與進(jìn)步的背景下，城市建筑開始朝著大型化、高層化、集成化以及功能化方向發(fā)展，建筑基礎(chǔ)中廣泛選用筏板基礎(chǔ)或箱型基礎(chǔ)，使大體積混凝土在建筑施工中的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。但隨著相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的不斷累積可以發(fā)現(xiàn)，受到水泥水化熱反應(yīng)、混凝土收縮等諸多因素的影響，導(dǎo)致大體積混凝土常出現(xiàn)裂縫缺陷，若無法有效預(yù)防并加以初治，將會直接對混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與耐久性產(chǎn)生影響。基于該背景，文章針對大體積混凝土裂縫問題的成因以及預(yù)防措施進(jìn)行逐一分析與論述。

1 概念分析

目前建筑工程領(lǐng)域中對大體積混凝土的基本定義是：大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體尺寸在1.0m以上的大體量混凝土或預(yù)計(jì)可能受到混凝土水泥水化熱反應(yīng)導(dǎo)致有害裂縫缺陷產(chǎn)生的特殊混凝土結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前高層建筑、超高層建筑、橋梁、水利等諸多工程建設(shè)中，混凝土構(gòu)件體量明顯提高，大體積混凝土的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。在工程實(shí)踐應(yīng)用中，大體積混凝土具有一系列的應(yīng)用優(yōu)勢，如混凝土量大、結(jié)構(gòu)厚實(shí)。但同時(shí)也具有一定的特殊性，如施工技術(shù)要求高、工程施工條件復(fù)雜、平面尺寸要求高等，必須在工程實(shí)踐中謹(jǐn)慎對待。

2 大體積混凝土發(fā)生裂縫的原因

1）水泥水化熱

水泥水化熱反應(yīng)是指水泥與水在反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的熱量。水泥、水作為大體積混凝土中非常重要的構(gòu)成原料，兩者的使用量與使用比例將直接影響水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量水平。如果混凝土中水泥使用量增加，則意味著水化熱也將在一定程度上升高。受到水泥水化熱反應(yīng)的影響，大體積混凝土內(nèi)部溫度會在短時(shí)間內(nèi)升高 （甚至可升高50.0～60.0℃以上），造成大體積混凝土內(nèi)外部出現(xiàn)較大的溫度差異。受溫差影響，凝結(jié)硬化條件下內(nèi)應(yīng)力的存在將最終導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)不同程度的裂縫缺陷。有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)中顯示：80.0%～90.0%的大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫均是水泥水化熱反應(yīng)所致，水泥水化熱反應(yīng)期間所產(chǎn)生的溫度差異及拉應(yīng)力一旦超過大體積混凝土自身抗拉強(qiáng)度極限，勢必會誘發(fā)裂縫。

2）混凝土收縮

在大體積混凝土施工過程中，混凝土收縮性裂縫同樣是非常常見的病害與缺陷之一。受到大體積混凝土自身特性的影響，在混凝土拌合物硬化后，大體積混凝土?xí)谝欢〞r(shí)間內(nèi)出現(xiàn)體積收縮，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。根據(jù)收縮類型的不同，大體積混凝土中常見的收縮性裂縫包括以下兩種類型：第一是自收縮裂縫。大體積混凝土水泥水化反應(yīng)過程中會產(chǎn)生一定的C-S-H凝膠成分，增加水泥固相體積，同時(shí)降低水泥漿體絕對體積，最終導(dǎo)致裂縫缺陷的產(chǎn)生；第二是塑性收縮裂縫。受到大體積混凝土拌合過程中顆粒間水份的影響，大體積混凝土表面失水速率高于內(nèi)部水向外表面遷移速率，從而產(chǎn)生塑性收縮缺陷。

3 預(yù)防大體積裂縫的措施

1）合理選擇并控制水泥的用量

受到礦物成份以及所摻入混合材數(shù)量類型不同的影響，水泥水化熱反應(yīng)往往存在較大差異性。既往實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)硅酸三鈣以及鋁酸三鈣含量較高時(shí)，水泥水化熱反應(yīng)明顯；當(dāng)混合材料量較高時(shí)，水泥水化熱反應(yīng)較低。因此，為實(shí)現(xiàn)對大體積混凝土裂縫的合理控制，在原料控制方面應(yīng)當(dāng)盡量選擇水化熱較低的水泥材料，合理控制水泥發(fā)熱總量以及放熱速率，盡可能優(yōu)先選擇使用低熱礦渣水泥原料或中熱硅酸鹽水泥原料。除此以外，水泥用量也會直接對大體積混凝土裂縫問題產(chǎn)生影響，故還必須在不影響大體積混凝土性能的前提下盡可能降低水泥用量，以控制溫度變形，預(yù)防溫度裂縫缺陷的發(fā)生。

2）控制骨料的級配以及含泥量

骨料是大體積混凝土中占體積比重最高的原料之一，在選擇骨料時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇膨脹系數(shù)以及巖石彈性模量較小，表面清潔且無弱包裹層，級配良好的骨料。粗骨料粒徑宜控制在4.0～40.0 mm范圍內(nèi)，中粗砂中含泥量也應(yīng)當(dāng)有所控制（其中，石子含泥量以不超過1.0%為標(biāo)準(zhǔn)，砂含泥量以不超過2.0%為標(biāo)準(zhǔn)）。結(jié)合實(shí)際情況，可以考慮將粒徑在150.0～300.0 mm且堅(jiān)實(shí)無裂縫的大塊石摻入大體積混凝土中,以達(dá)到降低混凝土總用量，吸收水泥水化熱，控制裂縫的目的。

3）控制水灰比和外加劑的用量

在大體積混凝土原料配比方案中，可以根據(jù)實(shí)際情況選用相應(yīng)的外加劑，以達(dá)到預(yù)防裂縫缺陷的目的。如通過選用高效引氣劑以及減水劑的方式，能夠起到降低大體積混凝土中膠凝材料使用量以及單位用水量的目的，從而使新拌合混凝土的工作性能明顯提高，對改善混凝土拌合原料的力學(xué)性能以及耐久性均有非常重要的意義與價(jià)值。

4）適當(dāng)調(diào)整混凝土的約束條件

為從約束條件上入手，對大體積混凝土裂縫問題進(jìn)行有效預(yù)防，可以在大體積混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與墊層中間區(qū)域設(shè)置滑動(dòng)層，在條件允許的情況下，用刷熱瀝青作為滑動(dòng)層，通過此種方式抵消大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中的嵌固作用，以促進(jìn)約束應(yīng)力的釋放，避免應(yīng)力過于集中所致裂縫缺陷的產(chǎn)生。

5）降低大體積混凝土內(nèi)外溫差

在大體積混凝土結(jié)構(gòu)澆注施工中,內(nèi)外部溫度差異是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的最主要原因之一。為了預(yù)防裂縫的產(chǎn)生，必須將大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度下降速率嚴(yán)格控制在2.0℃/d以內(nèi)，表面溫度與大氣溫度差異不得超過20.0℃。為達(dá)到上述目標(biāo)，在具體施工中可采取如下措施：首先，可在大體積混凝土內(nèi)部預(yù)埋鋼管，在內(nèi)部水泥水化熱反應(yīng)過程中通水冷卻，以促進(jìn)水化熱熱量的排出；其次，可通過在混凝土表面覆蓋麻袋的方式對降溫階段的降溫速率進(jìn)行控制；最后，在特殊天氣條件下，可適當(dāng)延遲拆模時(shí)間，以模板作為溫度保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)對降溫速率的合理調(diào)節(jié)與控制。

6）重視澆筑結(jié)束后混凝土養(yǎng)護(hù)

在大體積混凝土澆筑作業(yè)結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，一方面能夠避免因大體積混凝土表面溫度異常變化所致裂縫缺陷的發(fā)生，另一方面能夠預(yù)防大體積混凝土內(nèi)部水分流失，保證水泥水化反應(yīng)的正常性。在大體積混凝土施工期間，可以采取澆注與覆蓋養(yǎng)護(hù)同步進(jìn)行的方式以預(yù)防混凝土表面水份蒸發(fā)問題，如采用塑膠袋對大體積混凝土表面進(jìn)行包裹，使大體積混凝土相對密封，或也可選用棉氈、麻袋、土工布等材料進(jìn)行覆蓋保濕。澆注完成后應(yīng)當(dāng)立即展開養(yǎng)護(hù)作業(yè)，確?；炷劣不缙陴B(yǎng)護(hù)工作到位。

4 結(jié)語

總之，大體積混凝土裂縫缺陷是現(xiàn)代高層建筑工程施工中頻繁出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷之一，必須引起各方人員的高度重視。裂縫缺陷的產(chǎn)生會直接削弱大體積混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性水平以及承載力，進(jìn)而造成建筑結(jié)構(gòu)耐久性與安全性下降，影響建筑物投入使用的壽命以及經(jīng)濟(jì)效益。可見，對大體積混凝土裂縫問題進(jìn)行科學(xué)防范是非常重要的。文章在分析大體積混凝土裂縫缺陷的產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，探討了大體積混凝土裂縫缺陷的預(yù)防措施，以期能夠在后續(xù)工程建設(shè)中加以關(guān)注與重視。

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