王子勇

中鐵二十二局集團(tuán)第三工程有限公司（361000）

大體積混凝土裂縫的成因及預(yù)防措施

王子勇

中鐵二十二局集團(tuán)第三工程有限公司（361000）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)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(diǎn)，分析了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，提出了預(yù)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(yù)防措施

1 大體積混凝土的含義和特點(diǎn)

1.1 含義

美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)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(wèn)題，以最大限度減少開(kāi)裂”。大體積混凝土一般在水工建筑物里常見(jiàn),如混凝土重力壩等。

現(xiàn)代建筑中時(shí)常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等。它主要的特點(diǎn)就是體積大，一般實(shí)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?；炷羶?nèi)外溫差較大時(shí)，會(huì)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(diǎn)

結(jié)構(gòu)厚實(shí)，混凝土量大，工程條件復(fù)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(yù)計(jì)超過(guò)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(duì)平面尺寸也有一定限制。因?yàn)槠矫娉叽邕^(guò)大,約束作用所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也愈大,如采取控制溫度措施不當(dāng)，溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土所能承受的拉力極限值時(shí)，則易產(chǎn)生裂縫。

2 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)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(yán)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(duì)地影響結(jié)構(gòu)安全，它有一個(gè)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(duì)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(dāng)裂縫寬度在0.1～0.2 mm時(shí)，雖然早期有輕微滲水，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，裂縫可以自愈。如超過(guò)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(yīng)盡量避免超過(guò)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(jìn)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(yīng)力超過(guò)混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的。溫度裂縫的寬度在允許限值內(nèi)，一般不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,但對(duì)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(guò)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(duì)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(wú)法及時(shí)散發(fā)出去，以至于越來(lái)越高，使內(nèi)外溫差增大。單位時(shí)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(guān)，并隨混凝土的齡期而增長(zhǎng)。由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，實(shí)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(huì)大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對(duì)大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形造成的。溫差愈大，溫度應(yīng)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(dá)65℃，并且有較長(zhǎng)的延續(xù)時(shí)間。因此，應(yīng)采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)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(huì)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(dá)到原來(lái)的體積。干濕交替會(huì)引起混凝土體積的交替變化，這對(duì)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(hù)條件）等。

4 大體積混凝土裂縫的預(yù)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(xué)性質(zhì)，如果重視溫控設(shè)計(jì)以及各種影響因素，是可以最大限度地減少裂縫的。

4.1 設(shè)計(jì)措施

精心設(shè)計(jì)混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)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(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出高強(qiáng)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(yīng)采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應(yīng)在0.3%～0.5%。

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

在易裂的邊緣部位設(shè)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(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮施工時(shí)的氣候特征,合理設(shè)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(guò)大的高差。

施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的水膠比及坍落度，保證振搗質(zhì)量，不應(yīng)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(guó)外也有用液氮冷卻混凝土的實(shí)例，但成本過(guò)高，一般不采用。若在冬季施工，盡量避開(kāi)冬季最低溫度時(shí)施工，可采用蓄熱法和暖棚法澆筑。

施工過(guò)程中應(yīng)注意保溫保濕，采取蓄水法和覆蓋法來(lái)減小內(nèi)外溫差。夏季注重蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水時(shí)間要長(zhǎng)。因?yàn)橄募緶囟容^高，如果突然脫離蓄水狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生更為嚴(yán)重的裂縫。冬季則應(yīng)注重保溫養(yǎng)護(hù)，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(shí)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(shí)掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值，在承臺(tái)內(nèi)埋沒(méi)若干個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，采用L形布置，每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)埋設(shè)溫管2根。一根置于承臺(tái)混凝土的中心位置，測(cè)量混凝土中心的最高溫升。另一根距承臺(tái)上表面100 mm，測(cè)量混凝土的表面溫度。用紅色水銀溫度計(jì)測(cè)溫，以方便讀數(shù)。第l～5 d每2 h測(cè)溫1次，第6 d后每4 h測(cè)溫1次，測(cè)至溫度穩(wěn)定為止。從已有施工經(jīng)驗(yàn)的測(cè)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(shí)加強(qiáng)插筋位置的振搗、抹壓、養(yǎng)護(hù)。加強(qiáng)初凝前的抹壓，以消除初期裂縫。加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，提高混凝土抗拉強(qiáng)度。

加強(qiáng)原材料的檢驗(yàn)、試驗(yàn)工作。施工中嚴(yán)格按照方案及交底的要求指導(dǎo)施工，明確分工，責(zé)任到人。加強(qiáng)計(jì)量監(jiān)測(cè)工作，定時(shí)檢查并作好詳細(xì)記錄，認(rèn)真對(duì)待澆筑過(guò)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(qiáng)預(yù)測(cè)，并保證預(yù)測(cè)的科學(xué)性。同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中，要切實(shí)落實(shí)施工方案。

[1]林夢(mèng)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(jìn)行嚴(yán)格的控制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要精心組織，采用最佳設(shè)計(jì)方案，確保系統(tǒng)在高效、經(jīng)濟(jì)的狀況下運(yùn)行。在施工時(shí)必須控制施工工藝，加強(qiáng)監(jiān)管，及時(shí)解決工程建設(shè)中存在的問(wèn)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(duì)人們高質(zhì)量生活的需要。