淺談高強混凝土的裂縫防治措施

李申龍

深圳市龍華區(qū)建設工程質量安全監(jiān)督站（518128）

建設工程中時常涉及到大體積高強混凝土的施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。 大體積高強混凝土的開裂現(xiàn)象比較普遍，加之現(xiàn)在生產(chǎn)的水泥的放熱速度較過去大幅提高，這使得大體積高強混凝土的溫度裂縫問題更加嚴重。

建筑工程對高強混凝土結構的整體性要求高，要求連續(xù)澆筑。高強混凝土澆筑后的水泥水化熱量高，由于混凝土體積大，水化熱集聚在混凝土內部不易散發(fā)， 使得澆筑初期混凝土內部溫度顯著升高，而表面散熱較快，這樣就形成較大的內外溫差，從而在混凝土內部產(chǎn)生壓應力、在混凝土表面產(chǎn)生拉應力，易于在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。 大體積高強混凝土溫度裂縫問題是一個十分復雜的問題，對其進行預防和控制是一個重要的課題。

1 高強混凝土裂縫的產(chǎn)生原因

裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類: ①結構型裂縫。其由外荷載引起，包括常規(guī)結構計算中的主要應力及其他的結構次應力造成的受力裂縫；②材料型裂縫。 其由非受力變形變化引起，主要是由溫度應力和混凝土的收縮引起[1]。 文章主要探討了材料型裂縫的問題。

1.1 溫度應力引起的溫度裂縫

目前，溫度裂縫主要是由溫差造成的。 水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的熱量， 使混凝土內部的溫度升高，其在1～3 d 內放出的熱量是總熱量的一半?；炷羶炔康淖罡邷囟榷喑霈F(xiàn)在澆筑后3～5 d。 當混凝土內部與表面的溫差過大時，就會產(chǎn)生溫度應力和溫度變形。 溫度應力與溫度成正比，而混凝土內部的溫度與混凝土及水泥用量有關， 當這種溫度應力超過混凝土內外的約束力時，就會產(chǎn)生裂縫。 因此，防止混凝土出現(xiàn)裂縫的關鍵就是控制混凝土內部與表面的溫差[2]。

1.2 收縮引起的裂縫

在水泥活性大、混凝土溫度較高或水灰比較低的條件下，會加劇混凝土開裂。 因為這時混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補充，混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點拉力，其表面就會出現(xiàn)分布不均勻的裂縫；出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內的水分蒸發(fā)進一步加劇，于是裂縫進一步擴展。

1.3 設計不合理引起的裂縫

混凝土設計鋼筋含量偏低、間距過大,鋼筋不能有效抵消混凝土內部的拉應力，從而導致裂縫。 在鋼筋周圍的混凝土，因受到約束而不能很自由地發(fā)生形變。 如果鋼筋直徑偏大，則約束很強，鋼筋周圍的混凝土將產(chǎn)生很大的應力。 另外， 設計的混凝土保護層過薄也易使混凝土表面出現(xiàn)裂縫。 同時，混凝土強度高，則約束增強，也是造成混凝土表面產(chǎn)生裂縫的重要原因[3]。

1.4 選用材料不合理引起的裂縫

水化熱主要是水泥中礦物組份在水化過程中所放出的熱量。因此，選用合適的水泥對預防混凝土產(chǎn)生裂縫至關重要。 選用中、低熱水泥或大壩水泥有利于降低水化熱， 但低熱水泥的收縮性較高，且價格高于普通水泥。 骨料的品種、粒徑對混凝土收縮也有很大影響。 骨料的粒徑大，混凝土收縮小，有利于混凝土水化熱散發(fā)，但不利于混凝土強度的提高，特別是高強度混凝土。

2 防止裂縫產(chǎn)生的措施

由以上分析可知，材料型裂縫主要是由溫差和混凝土收縮引起，所以為了防止裂縫的產(chǎn)生，就要最大限度地降低溫差和減小混凝土的收縮，具體措施如下。

2.1 優(yōu)選原材料

2.1.1 水泥

由于溫差主要是由水化熱引起，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱。 為了降低水化熱，就要盡量采用早期水化熱低的水泥，或者在保證強度等級的條件下盡量減少水泥用量。 盡量選用低熱或中熱水泥(如礦渣水泥、粉煤灰水泥)，或利用混凝土的后期強度（90 d～180 d），以降低水泥用量，減少水化熱[4]。

2.1.2 摻加粉煤灰

為了減少水泥用量、 降低水化熱并提高和易性，可以用粉煤灰代替部分水泥。 摻入粉煤灰主要有以下作用:①由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，其中二氧化硅含量為40%～60%，三氧化二鋁含量為17%～35%， 這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產(chǎn)物進行二次反應，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；②由于粉煤灰顆粒較細，使其參加二次反應的界面相應增加，在混凝土中分散更加均勻；③同時，粉煤灰的火山灰反應進一步改善了混凝土內部的孔結構，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結構進一步細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應收縮值也減少[5]。

由于粉煤灰的比重較水泥小，混凝土振搗時比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的摻合料較多，強度較低，表面容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。 因此，粉煤灰的摻量不宜過多，在工程中應根據(jù)具體情況確定粉煤灰的摻量。

2.1.3 骨料

盡量使用粒徑較大的粗骨料，因為粗骨料粒徑越大，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的水泥砂漿用量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產(chǎn)生有利。 宜采用級配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因為其孔隙率小、總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱就低，裂縫就減少；另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收縮變形就越大，裂縫就越嚴重，因此細骨料盡量用干凈的中粗沙。 骨料在大體積高強混凝土中所占比例一般為混凝土體積的80%～83%，因此在選擇骨料時，應選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。

2.2 加入外加劑

加入外加劑后能減少混凝土收縮開裂的概率。外加劑對混凝土收縮開裂性能有以下影響。

2.2.1 減水劑對混凝土開裂的影響

減水劑的主要作用是改善混凝土的和易性、降低水灰比、提高混凝土強度，或在保持混凝土一定強度時減少水泥用量。 水灰比的降低、水泥用量的減少，對防止混凝土開裂十分有利。

2.2.2 緩凝劑對混凝土開裂的影響

緩凝劑的作用: ①延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)的時間， 由于混凝土的強度會隨齡期的增長而增大，所以等放熱峰值出現(xiàn)時， 混凝土強度也增大了，從而減小了裂縫出現(xiàn)的概率；②改善和易性，減少運輸過程中的塌落度損失。

2.2.3 引氣劑對混凝土開裂的影響

引氣劑對改善混凝土的和易性、可泵性以及提高混凝土的耐久性能十分有利，在一定程度上提高了混凝土的抗裂性能。

2.3 采用合理的施工方法

2.3.1 混凝土的澆筑、拆模

混凝土澆筑過程質量控制。 澆筑過程中要進行振搗，以使混凝土密實。 振搗時間以表面泛漿為宜，間距要均勻，以振搗力波及范圍重疊1/2 為宜。 澆筑完畢后，表面要壓實、抹平，以防止表面裂縫。 另外，混凝土要分層澆筑、分層流水振搗，同時要保證上層混凝土在下層初凝前結合緊密。 避免存在縱向施工縫，以提高結構的整體性和抗剪性。 振搗棒要做到“快插慢拔”，在振搗過程中，宜將振動棒上下略有抽動，以使振動均勻。

2.3.2 混凝土拆模時間控制

混凝土在實際溫度養(yǎng)護的條件下，強度達到設計強度的75%以上，混凝土中心與表面最低溫度控制在25 ℃以內， 預計拆模后混凝土表面溫降不超過9 ℃以上時允許拆模。

2.3.3 養(yǎng)護

混凝土養(yǎng)護是大體積混凝土施工中一項十分關鍵的工作。 養(yǎng)護中要保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土的內外溫差，促進混凝土強度的正常發(fā)展及防止裂縫的產(chǎn)生。

混凝土澆筑完后，在其表面應立即覆蓋清潔的塑料膜。 初凝后撤去塑料膜，然后用浸濕的粗麻布覆蓋，并經(jīng)常灑水，保持潮濕狀態(tài)最少7 d。

保濕養(yǎng)護過程中，應經(jīng)常檢查塑料薄膜或養(yǎng)護劑的完整情況，保持混凝土表面濕潤。

3 結論

通過對大體積高強混凝土的配置與施工技術措施進行研究，文章主要得出了如下結論:

裂縫是大體積高強混凝土結構中普遍存在的一種現(xiàn)象， 在大體積高強混凝土構件中尤為明顯，其出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力、影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。 因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進行施工，并在施工中采取各種有效措施來預防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。 合理選擇施工材料，優(yōu)化混凝土配合比，優(yōu)化混凝土的供應，采用科學的施工方法，嚴格施工管理，加強對大體積高強混凝土的養(yǎng)護，就可以降低大體積高強混凝土的溫度應力、提高混凝土的抗拉性能，從而減少裂縫的產(chǎn)生，保證建筑物和構件安全、穩(wěn)定地工作。