大體積混凝土裂縫的成因及預防措施

王子勇

中鐵二十二局集團第三工程有限公司（361000）

大體積混凝土裂縫的成因及預防措施

王子勇

中鐵二十二局集團第三工程有限公司（361000）

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，大型現(xiàn)代化技術(shù)設施或構(gòu)筑物不斷增多，而大體積混凝土往往是構(gòu)成其主體的重要組成部分。這里討論了大體積混凝土的含義和特點，分析了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，提出了預防措施，以期望提高大體積混凝土施工質(zhì)量。

大體積；混凝土；裂縫；成因；預防措施

1 大體積混凝土的含義和特點

1.1 含義

美國混凝土學會規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”。大體積混凝土一般在水工建筑物里常見,如混凝土重力壩等。

現(xiàn)代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。它主要的特點就是體積大，一般實體最小尺寸大于或等于1 m。它的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部升溫比較快。混凝土內(nèi)外溫差較大時，會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用。

1.2 特點

結(jié)構(gòu)厚實，混凝土量大，工程條件復雜（一般都是地下現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)），施工技術(shù)要求高，水泥水化熱較大（預計超過25℃），易使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度變形。大體積混凝土除了最小斷面和內(nèi)外溫度有一定的規(guī)定外，對平面尺寸也有一定限制。因為平面尺寸過大,約束作用所產(chǎn)生的溫度應力也愈大,如采取控制溫度措施不當，溫度應力超過混凝土所能承受的拉力極限值時，則易產(chǎn)生裂縫。

2 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機理

大體積混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫按深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結(jié)構(gòu)的斷面，可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較嚴重。而深層裂縫部分地切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定危害性。表面裂縫一般危害性較小。

裂縫并不是絕對地影響結(jié)構(gòu)安全，它有一個最大允許值。處于室內(nèi)正常環(huán)境的一般構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.3 mm，處于露天或室內(nèi)高濕度環(huán)境的構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.2 mm。

對于地下或半地下結(jié)構(gòu)，混凝土的裂縫主要影響其防水性能。一般當裂縫寬度在0.1～0.2 mm時，雖然早期有輕微滲水，但經(jīng)過一段時間后，裂縫可以自愈。如超過0.2 mm，則滲漏水量將隨著裂縫寬度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中應盡量避免超過0.3 mm貫穿全斷面的裂縫。如出現(xiàn)這種裂縫，將大大影響結(jié)構(gòu)的使用，必須進行灌漿加固處理。

大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫，一方面是由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的，另一方面是溫度應力超過混凝土能承受的抗拉強度時產(chǎn)生的。溫度裂縫的寬度在允許限值內(nèi)，一般不會影響結(jié)構(gòu)的強度,但對結(jié)構(gòu)的耐久性有所影響，因此必須予以重視和加以控制。

3 大體積混凝土產(chǎn)生的原因

3.1 水泥水化熱

水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚,表面系數(shù)相對較小，所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無法及時散發(fā)出去，以至于越來越高，使內(nèi)外溫差增大。單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期而增長。由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，實際上內(nèi)部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3～5 d。

3.2 外界氣溫變化

大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。氣溫驟降會大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應力是由于溫差引起溫度變形造成的。溫差愈大，溫度應力也愈大。在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達65℃，并且有較長的延續(xù)時間。因此，應采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應力。

3.3 混凝土的收縮

混凝土中約20℅的水分是水泥硬化所必須的，而約80℅的水分要蒸發(fā)。多余水分的蒸發(fā)會引起混凝土體積的收縮。混凝土收縮的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，處于水飽和狀態(tài)，還可以膨脹并達到原來的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化，這對混凝土是很不利的。影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻和料的品種以及施工工藝（特別是養(yǎng)護條件）等。

4 大體積混凝土裂縫的預防措施

大體積混凝土很難完全防止裂縫的產(chǎn)生，只能控制裂縫，避免裂縫發(fā)展為有害裂縫。裂縫不僅是混凝土的缺陷，而且是混凝土結(jié)構(gòu)的一種物理力學性質(zhì)，如果重視溫控設計以及各種影響因素，是可以最大限度地減少裂縫的。

4.1 設計措施

精心設計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設計準則，生產(chǎn)出高強度、高韌性、中彈性、低熱值和高抗拉性的抗裂混凝土。

增配構(gòu)造筋提高抗裂性能。配筋應采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應在0.3%～0.5%。

避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應力集中，在易產(chǎn)生應力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強措施。

在易裂的邊緣部位設置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。

在結(jié)構(gòu)設計中應充分考慮施工時的氣候特征,合理設置后澆縫。

4.2 施工措施

大體積混凝土可采取分層分塊的澆筑方式，降低澆筑速度和澆筑層的厚度,利用澆筑層面散熱，合理安排施工工序，避免過大的高差。

施工現(xiàn)場應嚴格控制混凝土的水膠比及坍落度，保證振搗質(zhì)量，不應在雨中澆灌混凝土，提高混凝土的澆筑質(zhì)量。

根據(jù)施工的季節(jié)，采取不同的溫控措施。在夏季施工，盡可能在早、晚或夜間澆筑。根據(jù)澆筑溫度的要求，可加冰拌和，冷卻骨料，布置水管通冷水冷卻。國外也有用液氮冷卻混凝土的實例，但成本過高，一般不采用。若在冬季施工，盡量避開冬季最低溫度時施工，可采用蓄熱法和暖棚法澆筑。

施工過程中應注意保溫保濕，采取蓄水法和覆蓋法來減小內(nèi)外溫差。夏季注重蓄水養(yǎng)護，蓄水時間要長。因為夏季溫度較高，如果突然脫離蓄水狀態(tài)，會導致混凝土產(chǎn)生更為嚴重的裂縫。冬季則應注重保溫養(yǎng)護，一般采用保溫模板，也可以利用砂層保溫、積水保溫和隔熱材料保溫。砂層厚度要在0.5 m以上才能起到較好保溫作用。積水保溫作為澆后臨時保溫措施，必須保證積水深度大于可能結(jié)冰的厚度。

為及時掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值，在承臺內(nèi)埋沒若干個測溫點，采用L形布置，每個測溫點埋設溫管2根。一根置于承臺混凝土的中心位置，測量混凝土中心的最高溫升。另一根距承臺上表面100 mm，測量混凝土的表面溫度。用紅色水銀溫度計測溫，以方便讀數(shù)。第l～5 d每2 h測溫1次，第6 d后每4 h測溫1次，測至溫度穩(wěn)定為止。從已有施工經(jīng)驗的測溫情況看，混凝土內(nèi)部溫升的高峰值一般在3.5 d內(nèi)產(chǎn)生，3 d內(nèi)溫度可上升到或接近最大溫升，內(nèi)外溫差值在20℃左右。

施工時加強插筋位置的振搗、抹壓、養(yǎng)護。加強初凝前的抹壓，以消除初期裂縫。加強早期養(yǎng)護，提高混凝土抗拉強度。

加強原材料的檢驗、試驗工作。施工中嚴格按照方案及交底的要求指導施工，明確分工，責任到人。加強計量監(jiān)測工作，定時檢查并作好詳細記錄，認真對待澆筑過程中可能出現(xiàn)的冷縫，并采取措施加以杜絕。施工前，一定要加強預測，并保證預測的科學性。同時在實施過程中，要切實落實施工方案。

[1]林夢凱.大體積混凝土裂縫的成因及防治措施[J].甘肅科技，2009(3)：125-126.

施工兩方面進行嚴格的控制。在設計過程中要精心組織，采用最佳設計方案，確保系統(tǒng)在高效、經(jīng)濟的狀況下運行。在施工時必須控制施工工藝，加強監(jiān)管，及時解決工程建設中存在的問題，使暖通空調(diào)系統(tǒng)的作用得到充分發(fā)揮，以滿足現(xiàn)代建筑對人們高質(zhì)量生活的需要。