淺談大體積混凝土裂縫成因及防治措施
關(guān)鍵詞：大體積混凝土，裂縫，防治措施
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快，速增長，建筑業(yè)出現(xiàn)了一派欣欣向榮的好景象。各種建筑物、構(gòu)筑物的形體規(guī)模也不斷擴(kuò)大，大體積混凝土在建筑工程中的應(yīng)用也越來越廣泛。由于大體積混凝土具有結(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)要求高等特點，因而在施工過程中若控制不當(dāng)極易產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)裂縫。這些裂縫往往給工程帶來不同程度的危害，甚至?xí)斐扇藗兊纳拓敭a(chǎn)的巨大損失，應(yīng)當(dāng)引起施工技術(shù)人員的高度注意。
一、 大體積混凝土的定義
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(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等。它主要的特點就是體積大，一般是指混凝土結(jié)構(gòu)物中實體最小尺寸大于或等于1m。它的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快�；炷羶�(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。按照美國混凝土協(xié)會（ACI）的規(guī)定：“任意體量的混凝土其尺寸大到足以必須采取措施減小由于體積變形引起的裂縫時。統(tǒng)稱為大體積混凝土。”日本建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)（JASS5）中規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差，預(yù)計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土。
二、 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
大體積混凝土自澆筑開始，就要經(jīng)受外界環(huán)境和其本身各種因素的作用，使混凝土中任一點的位移和變形不斷地變化，從而產(chǎn)生了應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過了混凝土的極限強(qiáng)度，或極限變形值，混凝土就要產(chǎn)生裂縫。大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有以下幾方面。
1、水泥水化熱是大體積混凝土中的主要溫度因素
水泥水化熱是大體積混凝土中主要溫度因素。水化熱升溫常達(dá)30℃～50℃。混凝土在硬化過程中由于水泥水化作用在最初幾天產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土導(dǎo)熱不良形成熱量的累積從而引起混凝土溫度升高和體積膨脹。大體積混凝土中心的水化熱升溫隨壁（或板）厚增加而增加，在升溫時混凝土未充分硬化部分的彈性模量很小因而升溫時壁內(nèi)積累的壓應(yīng)力數(shù)值不大。在降溫收縮時，混凝土本硬結(jié)，彈性模量很大，因此這種收縮引起很大的拉應(yīng)力。澆注溫度加水化熱溫度構(gòu)成最高溫度，如果不采取方法控制最高溫度值，不加強(qiáng)保溫措施以減少內(nèi)外溫度差或不改善約束條件以減少溫度應(yīng)力，勢必導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫，嚴(yán)重時可形成貫穿性裂縫。
2、外界氣溫變化的影響
大體積混凝土在施工階段，外界氣溫的變化影響是顯而易見的。因為外界氣溫越高，混凝土的澆注溫度也愈高；如果外界溫度下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由溫差所引起的溫度變形造成的，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。在這種情況下，合理的溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的過大溫度應(yīng)力就顯得十分重要。
3、約束條件的影響
約束種類一般可概括為兩類：即外約束和內(nèi)約束。外約束一般是指支座或其他外界因素對結(jié)構(gòu)變形的約束；內(nèi)約束指較大的斷面結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)部非均勻的溫度及收縮分布，各質(zhì)點變形不均勻而產(chǎn)生的互相約束。大體積混凝土由于溫度變化會產(chǎn)生變形，而這種變形又受到約束，便產(chǎn)生了應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過某一數(shù)值時，便引起裂縫。
三、大體積混凝土裂縫防治措施
1、防止水化熱過大產(chǎn)生溫度裂縫的措施
�。�1）配制混凝土?xí)r，選用水化熱較低的水泥。
�。�2）選擇合適的砂石級配，在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，盡量減少水泥用量或摻用混合材料（如粉煤灰），使水化熱相應(yīng)降低。
�。�3）摻用木鈣減水劑或高效減水劑以減少用水量，增加混凝土的坍落度。
�。�4）降低混凝土的入模溫度。
�。�5）必要時采用人工導(dǎo)熱法，即在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻管，用循環(huán)水降溫。
�。�6）夏季施工時，要有防護(hù)措施，盡量用低溫的水?dāng)嚢杌炷痢?/p>
�。�7）用礦渣水泥或其他泌水性較大的水泥拌制混凝土，在澆筑完畢后應(yīng)及時排除泌水。必要時可進(jìn)行二次振搗。
2、合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比
�。�1）水泥品種選擇和用量控制。水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期溫升和后期降溫現(xiàn)象。由于礦物成分及摻和料含量的不同，水泥的水化熱差異較大。為了降低水泥的水化熱、減小混凝土的體積變形，大體積混凝土應(yīng)選用中熱或低熱的水泥品種，一般選用低水化熱的礦渣水泥，低熱的礦渣水泥比同標(biāo)號的普通硅酸鹽水泥的水化熱可減少1/4左右。另外，在滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性的前提下，盡量減少水泥的用量。
（2）摻加外加料。在混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，在混凝土用水量不變的條件下，由于粉煤灰顆粒成球狀并具有“滾珠效應(yīng)”，可以起到顯著改善混凝土和易性的效能。若保持混凝土拌合物原有的流動性不變，則可減少單位用水量，從而提高混凝土的密實性和強(qiáng)度。由此可見，在混凝土中摻入適量的粉煤灰，不僅可以滿足混凝土的和易性，還可以降低水化熱。
�。�3）摻加外加劑。在大體積混凝土工程中通常都摻入一定的外加劑，一般可在混凝土中加入粉煤灰或木質(zhì)素磺酸鈣減水劑，如在混凝土中按水泥重量的0.25%摻減水劑，可減少10%左右的水泥。在降低混凝土成本同時，也大大改善了混凝土的性能。一方面，由于外摻劑取代了部分水泥用量，降低了水化熱，從而降低了混凝土內(nèi)外部的溫差，有利于防裂；另一方面，這種減水劑可以緩凝，在大體積混凝土中可以避免冷接縫，提高工作性及流動性，有利于泵送。
�。�4）骨料的選擇。保證在滿足強(qiáng)度和施工性的前提下，應(yīng)盡量增大粗細(xì)集料粒徑，可減少用水量，相同水灰比的情況下，減少了水泥用量，有利于減少水化熱的產(chǎn)生。同時，應(yīng)嚴(yán)格控制粗細(xì)集料的含泥量，如粗細(xì)集料的含泥量過高，不僅增加了混凝土收縮，同時又降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度，對混凝土的抗裂不利。在配合設(shè)計中應(yīng)采用小水灰比，將水灰比控制在0.5~0.55之內(nèi)，并且控制水泥用量。
3、改善約束條件
混凝土應(yīng)力的大小取決于結(jié)構(gòu)的約束情況，而約束作用的大小，與分縫間距有密切關(guān)系。合理的分縫能減輕約束作用，縮小約束范圍。一般分縫間距控制在12m～18m為宜。后澆縫的寬度應(yīng)考慮便于拆模滿足同截面鋼筋搭接比度的要求，以不小于1m為宜。后澆縫混凝土宜選用膨脹水泥配制。其開始澆筑時間應(yīng)在全體結(jié)構(gòu)澆灌完40天以后進(jìn)行。改善約束條件，還要按設(shè)計要求3cm伸縮縫施工時必須保證（鋪設(shè)3cm厚泡沫塑料）不同基礎(chǔ)重疊處鋪設(shè)油氈，使基礎(chǔ)混凝土在溫度變化時可自由伸縮。加強(qiáng)混凝土的振搗，提高混凝土密實度，保證施工質(zhì)量；在應(yīng)力集中部位增強(qiáng)構(gòu)造配筋，提高混凝土抗裂性。
4、采用合理澆筑和養(yǎng)護(hù)措施
（1）澆筑要點。大體積混凝土的澆筑，應(yīng)根據(jù)整體連續(xù)澆筑的要求，結(jié)合構(gòu)件尺寸的大小等具體情況選用全面分層法、分段分層法、斜面分層法等方法。還要遵循大體積混凝土施工中已經(jīng)形成的“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序漸進(jìn)，一次到頂”的原則。為了減少大體積混凝土底板的內(nèi)外約束，澆筑前宜在基層設(shè)置滑移層。為了加強(qiáng)分層澆筑層間的結(jié)合，可以采取在下層混凝土表面設(shè)置鍵槽的辦法。澆筑溫度宜控制在25以下。因此，必須合理安排施工時間，盡量避免在高溫時段進(jìn)行混凝土澆筑。同時要盡量加快施工速度、縮短澆筑時間，盡量降低混凝土的澆筑溫度，減少結(jié)構(gòu)物的內(nèi)外溫差，并延長混凝土的初凝時間。二次振搗是在第一次振搗后，于混凝土凝結(jié)前的適當(dāng)時間再重復(fù)進(jìn)行一次振搗的一項工藝。二次振搗能減少混凝土的內(nèi)部裂縫，增強(qiáng)混凝土的密實性，從而提高混凝土的抗裂性。
�。�2）養(yǎng)護(hù)措施。在每次混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時按溫控技術(shù)措施的要求進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。不同施工季節(jié)應(yīng)選擇不同的混凝土養(yǎng)護(hù)方法。夏季施工時，要采用草簾覆蓋、蓄水、灑水、噴水等溫降方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；正常氣溫時，可噴刷養(yǎng)生液養(yǎng)護(hù)；冬季施工時，可使用保溫材料來提高混凝土的表面溫度，也可用薄膜養(yǎng)生液、塑料薄膜等封閉料對混凝土保溫、保濕，在寒冷季節(jié)可搭設(shè)擋風(fēng)保溫棚。混凝土的養(yǎng)護(hù)時間根據(jù)水泥的品種確定，一般來講，普通水泥的養(yǎng)護(hù)時間為14d，礦渣水泥、粉煤灰粉水泥、、火山灰水泥及摻加摻和料后的混凝土的養(yǎng)護(hù)時間為21d。
四、結(jié)束語
綜上所述，大體積混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力是由水化熱澆灌溫度和外界氣溫變化以及約束條件影響等各種因素引起的，是它們的疊加應(yīng)力。由于混凝土是一種脆性材料抗拉強(qiáng)度只是抗壓強(qiáng)度的1/10左右，當(dāng)混凝土內(nèi)溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時，混凝土就會產(chǎn)生裂縫。實際工作中，只有從原材料、施工、設(shè)計等方面加強(qiáng)質(zhì)量控制，才能最大限度的預(yù)防和控制混凝土裂縫的產(chǎn)生，使混凝土結(jié)構(gòu)工程更趨于合理、安全。
參考文獻(xiàn)：
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2、付華，《大體積混凝土裂縫控制理論與工程應(yīng)用研究》[D]《遼寧工程技術(shù)大學(xué)論文集》，2007
3、鐘作明，《大體積混凝土裂縫成因與施工控制措施》《管理觀察》，2008
