石鵬俊

摘 要：在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中，混凝土裂縫的控制是一個很重要的課題。由于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較大，由外荷載引起裂縫的可能性很小，但水泥在水化反應(yīng)中釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，這將成為大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素。

關(guān)鍵詞：大體積；混凝土；裂縫；控制

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和建筑技術(shù)的提高，大型建筑物不斷增多，高層建筑基礎(chǔ)和大型橋梁墩 、承臺和懸索橋錨碇混凝土結(jié)構(gòu)尺寸較大，大體積混凝土施工越來越普遍，但是，大體積混凝土表面易出現(xiàn)縱橫交錯的裂縫，影響混凝土外觀質(zhì)量，嚴(yán)重者會出現(xiàn)深入和貫穿性的裂縫 ，往往會降低結(jié)構(gòu)的耐久性 ，削弱構(gòu)件的承載力，可能危害到建筑物的安全使用。所以，如何采取有效措施防止大體積混凝土開裂，是工程界普遍關(guān)注的一個問題。

1 大體積混凝土的界定

大體積混凝土是指最小斷面尺寸大于1m 以上的混凝土結(jié)構(gòu)。與普通鋼筋混凝土相比， 具有結(jié)構(gòu)厚， 體形大、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高的特點。

大體積混凝土在硬化期間， 一方面由于水泥水化過程中將釋放出大量的水化熱， 使結(jié)構(gòu)件具有“熱漲”的特性； 另一方面混凝土硬化時又具有“收縮”的特性， 兩者相互作用的結(jié)果將直接破壞混凝土結(jié)構(gòu)， 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。因而在混凝土硬化過程中，必須采用相應(yīng)的技術(shù)措施， 以控制混凝土硬化時的溫度， 保持混凝土內(nèi)部與外部的合理溫差， 使溫度應(yīng)力可控， 避免混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫。

2 大體積混凝土裂縫形成的原因

混凝土裂縫和產(chǎn)生的原因主要有兩類 ：一是結(jié)構(gòu)型裂縫 ，是由外荷載引起的，為受力裂縫 ；二是材料裂縫，是非受力變形引起的。大體積混凝土一般在未受力時就產(chǎn)生了裂縫，基本上是第二類裂縫，即材料本身產(chǎn)生的裂縫 。其主要原因有以下幾方面：

（1）溫度應(yīng)力引起裂縫（溫度裂縫）

混凝土是一種由砂石骨料 、水泥 、水及其它外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料 ，由于施工和本身變形約束等一系列因素，硬化成形的混凝土存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂紋 。大體積混凝土澆筑后 ，在水泥硬化過程中產(chǎn)生大量的水化熱，因體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面溫度為外界環(huán)境溫度，這樣就形成了內(nèi)外較大的溫差 。較大的溫差使內(nèi)外熱脹冷縮的程度不一致，使混凝土產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力 。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，出現(xiàn)裂縫。

（2）沉陷裂縫 沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致。或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)沉陷裂縫。

（3）干燥收縮混凝土硬化后 ，在干燥的環(huán)境下 ，混凝土內(nèi)部的水分不斷向外散發(fā) ，引起混凝土由內(nèi)向外的干縮變形裂縫 。

（4）塑性變形水泥活性大 ，混凝土溫度高 ，或水灰比較小時會加劇引起開裂，這是因為混凝土泌水減少，表面水分不能及時補充，這時混凝土處于塑性狀態(tài) ，稍微受到一些拉力，表面就會出現(xiàn)不均勻的裂縫 ，裂縫出現(xiàn)后，混凝土內(nèi)水分蒸發(fā)進(jìn)一步加大，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大。

（5）其他因素的影響 地基的不均勻沉降、混凝土配合比不良、堿骨料反應(yīng)裂縫和鋼筋銹蝕等其他不利因素，也會使混凝土產(chǎn)生裂縫，因此應(yīng)從各個方面綜合控制。

3 減少大體積混凝土裂縫的措施

裂縫會加速混凝土碳化和鋼筋銹蝕，并產(chǎn)生惡性循環(huán)，嚴(yán)重破壞混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，給工程造成嚴(yán)重?fù)p失，所以裂縫控制顯得尤為重要。裂縫控制的主要技術(shù)措施涉及從設(shè)計到施工乃至后期養(yǎng)護(hù)的整個過程，應(yīng)注意以下幾個方面：

3.1 選擇優(yōu)化配合比

優(yōu)化混凝土配合比，選用良好級配的骨料，嚴(yán)格控制砂石質(zhì)量，降低水灰比，并在混凝土中摻加粉煤灰和外加劑等，以降低水泥用量，減少水化熱，以降低混凝土溫升，從而可以降低混凝土所受的拉應(yīng)力。

3.2 選擇合適水泥和嚴(yán)格控制水泥用量

為減少水泥用量，優(yōu)先采用52.5R、42.5R普通硅酸鹽水泥等高標(biāo)號水泥。選用低熱水泥，減少水化熱，降低混凝土的溫升值。并盡量選用后期強度（90或120天）進(jìn)行配合比設(shè)計，降低水泥用量，并延緩峰值。在滿足設(shè)計強度和混凝土可泵性的前提下，將42.5R水泥用量控制在450kg/m3，52.5R水泥用量控制在360kg/m3，以降低混凝土最高溫升，降低混凝土所受的拉應(yīng)力。

3.3 采用切實可行的施工工藝

根據(jù)泵送大體積混凝土的特點，采用“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序推進(jìn)，一次到頂”的施工方法。這種自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能較好地適應(yīng)泵送工藝，避免混凝土輸送管道經(jīng)常拆除、沖洗和接長，從而提高泵送效率，保證上下層混凝土澆筑間隔不超過初凝時間。根據(jù)混凝土泵送時自然形成一個坡度的實際情況，在每個澆筑帶的前后布置兩道振動器，第一道布置在混凝土出料口，主要解決上部混凝土的振實；由于底層鋼筋間距較密，第二道布置在混凝土坡腳處，以確保下部混凝土密實。

3.4 加強混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑后，應(yīng)盡快回填土。土是混凝土最好的養(yǎng)護(hù)材料之一。目前這是混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)的最有效方法，對預(yù)防裂縫是非常有益的。如采用蓄水法保溫養(yǎng)護(hù)，在混凝土施工期間可通入冷卻循環(huán)水，以便加快承臺內(nèi)部熱量的散發(fā)。如采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護(hù)周期，對于超厚大體積混凝土施工尤其適用。

3.5 改進(jìn)施工技術(shù)

施工時加強插筋附近混凝土的振搗、抹壓、養(yǎng)護(hù)。由于鋼筋是熱的良導(dǎo)體，易產(chǎn)生大的溫度梯度，這是容易產(chǎn)生裂縫的一個主要部位。加強初凝前的抹壓，以消除初期裂縫，并加強早期養(yǎng)護(hù)，提高混凝土抗拉強度。

3.6 加強技術(shù)管理

加強原材料的檢驗、試驗工作。施工中嚴(yán)格按照施工方案及技術(shù)交底的要求指導(dǎo)施工，明確分工，責(zé)任到人。加強計量監(jiān)測工作，定時檢查并做好詳細(xì)記錄。認(rèn)真對待混凝土澆筑過程中可能出現(xiàn)的冷縫，并采取措施加以杜絕。在變截面施工前，一定要加強預(yù)測，并保證預(yù)測的科學(xué)性。同時在實施過程中，要切實落實施工方案。

3.7 其他改善意見

大體積混凝土采用泵送工藝，泵送過程中，常會發(fā)生輸送管堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要。須合理選擇泵送壓力，泵管直徑，輸送管線布置應(yīng)合理。泵管上須遮蓋濕麻袋，并經(jīng)常淋水散熱?；炷现械纳笆辛己玫募壟洌槭畲罅脚c輸送管徑之比宜名1：3，砂率宜在40%-45%間，水灰比宜在0.5-0.55間，坍落度宜在15-18cm間。及時與氣象臺取得聯(lián)系，掌握天氣情況。由于大體積混凝土承臺連續(xù)澆筑，故澆筑現(xiàn)場須設(shè)防雨棚，并在基坑四周，設(shè)置盲溝和集水井。

在大體積混凝土施工時， 準(zhǔn)確計算混凝土拌和溫度、混凝土出機溫度、混凝土絕熱溫升、混凝土內(nèi)部實際溫度、混凝土表面溫度及混凝土內(nèi)部與表面溫差， 有利于選取適宜的施工工藝、采取相應(yīng)的降溫與養(yǎng)護(hù)措施， 從而避免出現(xiàn)混凝土溫度裂縫， 以保證混凝土結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]徐子英，趙艷峰，李迎新.關(guān)于大體積混凝土裂縫控制措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009.

[2]黃國興，惠榮巖.混凝土的收縮[J].北京：中國鐵道出版社，1999.

[3]朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[J].北京：中國電力出版社，1999.

[4]張沛?zhèn)?大體積混凝土裂縫分析與施工技術(shù)控制研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009，（9）.