摘要：大體積混凝土裂縫控制是混凝土中比較常見且難以防治的結(jié)構(gòu)病害。為此本文通過研究分析土木工程施工中大體積混凝土裂縫的形成成因，并對預(yù)防混凝土裂縫提出政策和建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土 裂縫成因 防治措施

1 概述

隨著社會的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，與人類密切相關(guān)的各個領(lǐng)域都有了里程碑式的跳躍，在建筑領(lǐng)域，近年來，混凝土在土木工程施工建設(shè)中的地位日趨顯要，混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本取代了磚混結(jié)構(gòu)，并且由于城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大、人口的不斷增加和嚴(yán)重的土地稀有化趨勢，結(jié)構(gòu)本身也趨于龐大。美國混凝土學(xué)會給出的關(guān)于大體積混凝土的概念：所謂大體積混凝土是指對于現(xiàn)澆混凝土，必須解決水化熱以及由水熱化引發(fā)的體積變形問題，進(jìn)而減少開裂影響，符合上述條件的混凝土即為大體積混凝土。由定義可引伸出混凝土裂縫問題。長期以來，裂縫問題始終是混凝土施工中常見的技術(shù)問題?；炷翗?gòu)件一旦出現(xiàn)裂縫，結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性會隨之削弱，重則影響建筑物的安全使用。施工單位嘗試了很多防止裂縫的方法，但治標(biāo)不治本，混凝土裂縫現(xiàn)象仍時有出現(xiàn)，大體積混凝土的裂縫問題尤為突出。因此，大體積混凝土裂縫防治問題已是建筑界的焦點(diǎn)問題。

2 混凝土裂縫的成因

根據(jù)裂縫成因，可將其分為兩類，一類是由外荷載引發(fā)的結(jié)構(gòu)型裂縫，另一類是由受力變形變化引起的材料型裂縫。其中，材料型裂縫成因包括四點(diǎn)：

2.1 澆筑混凝土?xí)r。水泥在灌注混凝土?xí)r會釋放大量水化熱，受混凝土導(dǎo)熱性的影響，水化熱在構(gòu)件內(nèi)部進(jìn)行了大量的積聚進(jìn)而導(dǎo)致溫度不斷升高，在構(gòu)件內(nèi)部與構(gòu)件外部形成溫度差，進(jìn)而在構(gòu)件的表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，隨著拉應(yīng)力的逐步增大，當(dāng)超出混凝土本身的抗拉強(qiáng)度的極限時，就會在構(gòu)件的表面產(chǎn)生裂縫。

2.2 混凝土在后期硬化過程中，隨著溫度的逐漸降低，在受到老混凝土約束的影響，在新澆筑混凝土構(gòu)件的內(nèi)部會出現(xiàn)拉應(yīng)力。另外，隨著外界環(huán)境氣溫的下降，拉應(yīng)力也會出現(xiàn)在混凝土的表面，當(dāng)混凝土的抗裂能力小于這些拉應(yīng)力的合力時，混凝土構(gòu)件便會出現(xiàn)裂縫。

2.3 當(dāng)混凝土內(nèi)部和表面的濕度變化差距較大時，這時混凝土便會形成很大的收縮應(yīng)力，如果收縮應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度的極限時，混凝土構(gòu)件也會出現(xiàn)裂縫。

2.4 由于混凝土的抗拉強(qiáng)度占抗壓強(qiáng)度的1/10左右，所以混凝土屬于脆性材料。混凝土由于受到原材料不均勻、水灰比不穩(wěn)定以及離析現(xiàn)象的影響，導(dǎo)致同一塊混凝土中形成不均勻的抗拉強(qiáng)度，在那些抗拉能力較低的部位容易出現(xiàn)裂縫。

3 大體積混凝土裂縫形成的主要防治措施

通過對上述進(jìn)行分析，溫度和濕度變化是材料型裂縫的主要因素。在混凝土施工時，必須嚴(yán)格控制構(gòu)件內(nèi)外部溫度差以及溫濕度條件，防止構(gòu)件收縮。具體措施如下：

3.1 水泥的品種選擇。在一定程度上，水泥的水化熱是造成混凝土內(nèi)外溫度差的主要原因。降低水化熱是縮小溫度差的有效途徑，因此，在生產(chǎn)中對于早期水化熱比較高的水泥不宜選擇。礦物成分與細(xì)度構(gòu)成水泥水化熱的函數(shù)，通過對水泥細(xì)度模數(shù)的調(diào)整或優(yōu)化礦物組成設(shè)計來降低水化熱。例如，硅酸鹽水泥的礦物組成包括：硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）、鋁酸三鈣（C3A）和鐵相固溶體（C4AF）（詳見GB175-2007），試驗(yàn)表明：C3A和C3S含量高的水泥水化熱偏高。只有嚴(yán)格控制C3A和C3S含量，才能有效降低水化熱。低熱礦渣水泥、熱硅酸鹽水泥是施工建設(shè)中常用的兩種水泥材料。此外，水化熱的放熱速率與水泥細(xì)度也有一定的關(guān)聯(lián)，因此，在水泥活性不變的前提下通過減小水泥的細(xì)度進(jìn)而降低水化熱。一項(xiàng)權(quán)威的水化熱試驗(yàn)研究結(jié)果證明：表面積每增加100cm2/g，1d的水化熱增加17J/g～21J/g，7d和20d均增加4J/g～12J/g（水泥細(xì)度檢驗(yàn)試驗(yàn)方法詳見GB/T1345-2005）。

3.2 骨料的選擇

3.2.1 粗骨料。在骨料的選擇上，大粒徑的粗骨料往往孔隙率低，水泥摻量少且級配優(yōu)良，因此宜采用大粒徑的粗骨料作為拌合原料。水泥摻量少了，水化熱會隨之降低，混凝土構(gòu)件內(nèi)外溫差自然得到控制，相對而言，也能降低裂縫發(fā)生的概率。

3.2.2 細(xì)骨料。細(xì)骨料選擇那些級配優(yōu)良的中砂或中粗砂。總體來說，在孔隙率和總表面積方面中粗砂都比較小，相對能降低水和水泥摻量，水泥水化熱得到控制，從而達(dá)到防止裂縫的目的。除此之外，混凝土的收縮變形與砂的含泥量呈正相關(guān)，含泥量越大，收縮變形就越大，混凝土構(gòu)件就容易出現(xiàn)裂縫。鑒于此，在混凝土施工中，最好選用干凈的中粗砂作細(xì)骨料。

3.3 混凝土澆筑的過程防治

3.3.1 降低水泥用量，調(diào)整級配，優(yōu)化配合比。為了進(jìn)一步增加混凝土的密實(shí)度，提高混凝土的抗?jié)B能力，不斷降低收縮值，通過將一定量的粉煤灰摻入到大體積混凝土，借助粉煤灰作為混凝土的摻合料，在一定程度上降低了大體積混凝土的水泥水化熱，進(jìn)而提高了后期混凝土的強(qiáng)度和抗裂能力。

3.3.2 降低混凝土的出罐溫度和入模溫度。對于拌合物溫度的控制，可通過送冷風(fēng)冷卻或加冰拌合兩種途徑來控制混凝土拌合物出機(jī)口溫度，新拌混凝土的溫度控制在6℃為宜。

3.3.3 振搗控制。在澆筑過程中，振搗工序一定要嚴(yán)格按操作規(guī)程操作，做到“快插慢拔”。在振搗過程中，振搗棒上下抽動，使混凝土振搗密實(shí)。插點(diǎn)要均勻，插點(diǎn)之間距離控制在500mm，離開模板距離為200mm。采用單一的行列形式，每次移動位置的距離應(yīng)不大于振動棒作用半徑的1.5倍。振搗點(diǎn)時間掌握好，一般控制在20～30s之間，直至混凝土表面泛漿，不出現(xiàn)氣泡，混凝土不再下沉為止。在振搗時振搗器不得碰撞鋼筋、模板及測溫引線等。

在澆筑過程中正確控制間歇時間，上層混凝土應(yīng)在下層混凝土初凝之前澆筑完畢，并在振搗上層混凝土?xí)r，振搗棒下插50mm，以消除上下兩層間的接縫。

3.3.4 澆筑方法和時間控制。對混凝土采用分層式澆注法進(jìn)行澆筑。為了確保下層混凝土在初凝前充分與上層混凝土貼合，上層混凝土澆筑后采用分層流水式進(jìn)行振搗，進(jìn)而使構(gòu)件的抗剪性、整體性均能達(dá)到施工要求。

夏季施工需注意：①不宜在正午高溫天氣或太陽輻射高的氣候條件下開展?jié)仓┕?；②盡量在夜間氣溫稍低的條件下完成澆筑施工。

3.3.5 混凝土拆模時間控制。在混凝土后期養(yǎng)護(hù)階段，混凝土強(qiáng)度超過設(shè)計強(qiáng)度的75%，混凝土的內(nèi)、外部溫差控制在25℃，并且混凝土表面溫降范圍控制在9℃以內(nèi)方可進(jìn)行拆卸模板。

3.3.6 埋設(shè)水管，冷水降溫。

3.4 外加劑的使用。為了進(jìn)一步提高混凝土的耐久性和抗裂性能，通過在混凝土中摻入適量的外加劑，在一定程度上避免混凝土發(fā)生開裂?？傮w來說，外加劑在三個方面影響著混凝土收縮開裂性能：

3.4.1 減水劑對混凝土開裂的影響。通過在混凝土中摻入適量的減水劑，在一定程度上提高混凝土和易性、降低水灰比，并且能夠增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度，或者在保持混凝土強(qiáng)度條件不變的情況下，降低水灰比或控制水泥摻量，都能對混凝土裂縫起到預(yù)防作用。

3.4.2 緩凝劑對混凝土開裂的影響。通過將緩凝劑摻入混凝土，水泥水化熱的放熱速率大大降低，混凝土放熱峰值出現(xiàn)的時間得到了抑制；通常情況下，混凝土齡期越長，其強(qiáng)度越大，因此，出現(xiàn)放熱峰值表明混凝土構(gòu)件強(qiáng)度已滿足預(yù)防裂縫的標(biāo)準(zhǔn)。另外，混凝土和易性得到提高，降低了混凝土塌落度造成的損失。

3.4.3 引氣劑對混凝土開裂的影響。通過將引氣劑摻入混凝土中，混凝土的和易性和可泵性得到改善，構(gòu)件的耐久性及抗裂性能也得到提升。

3.5 混凝土養(yǎng)護(hù)。在早期，對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，其核心是避免表面失水，同時對早期水化所需的水分起到補(bǔ)充的作用。混凝土澆注完成后，為了確保表面濕潤，應(yīng)及時灑水養(yǎng)護(hù)，使混凝土強(qiáng)度穩(wěn)定增長。養(yǎng)護(hù)發(fā)生在混凝土澆注完畢12～18h內(nèi)，連續(xù)養(yǎng)護(hù)時間不少于28d或設(shè)計齡期。

4 結(jié)束語

綜上所述，裂縫是大體積混凝土結(jié)構(gòu)中常見的一種現(xiàn)象，不僅會降低擋水建筑物的抗?jié)B性能，而且會影響建筑物的承載能力。所以，在設(shè)計時應(yīng)及時采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，在施工過程中嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，做好混凝土早期養(yǎng)護(hù)和預(yù)防措施，把混凝土的裂縫降到最低，防止危害混凝土構(gòu)件的裂縫出現(xiàn)。

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作者簡介：

李慧慧，男，2004年7月畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)土木工程系工

民建專業(yè)，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，工程師職稱，從事招投標(biāo)管理工作和施工現(xiàn)場管理工作。