大體積混凝土結構裂縫控制探討

陳月紅

摘要：許多建筑物結構，尤其是具有大體積混凝土的建筑物，在建設和使用過程中出現了不同程度、不同形式的裂縫。大體積混凝土結構裂縫控制進行了初步探討。

關鍵詞：大體積；混凝土結構裂縫；控制

引言：

近年來，我國的經濟高速增長，基礎建設得到迅猛發展，全國各地興建了大量混凝土建筑物，而混凝土結構在建設和使用過程中經常出現不同程度，不同形式的裂縫，大體積混凝土結構出現裂縫則更普遍，是長期困擾建筑工程的一個技術難題。要解決大體積混凝土裂縫問題，首先要對大體積混凝土有一個明確的概念。

1大體積混凝土結構裂縫的成因：

從裂縫產生機理上講，混凝土本身是一種非均質的復雜多相混相材料，在其微觀結構相組成之間主要的結合力是范德華力，因此其抗拉強度遠低于抗壓強度。當混凝土內部產生拉應力超過其抗拉強度時，就會產生裂縫。裂縫可以分為由荷載引起的和由變形變化引起的裂縫兩大類。根據國內外調查資料顯示，工程實踐中結構的裂縫原因，屬于由變形變化（溫度、濕度、地基變形）引起的約占80%，屬于荷載引起的約占20%。而大體積混凝土結構裂縫成因很多，其中大多數是由混凝土的溫度應力和收縮變形作用引起的。對于大體積混凝土結構而言，混凝土內部劇烈變化的溫度和溫度應力主要是水泥水化熱引起的溫差造成的。溫差的產生有三種情況∶第一種是在混凝土澆筑初期，產生大量的水化熱，水化熱積聚在混凝土內部溫度上升；而混凝土表面溫度為外界氣溫，由此產生內外溫差。另一種是在拆模前后，表面溫度降低很快，形成陡降，也會產生內外溫差。第三種是當內部溫度達到峰值后，熱量逐漸散發而達到使用溫度或最低溫度，最高與最低溫差就是內部溫差。收縮變形引起的裂縫有兩種，即混凝土硬化前的塑性收縮和混凝土硬化后的干燥收縮。塑性收縮是指在水泥活性較大，混凝土溫度較高，或水灰比較低的條件下，混凝土泌水明顯減少，表面蒸發的水分不能及時得到補充，尚處于塑性狀態的混凝土受拉，其表面會出現分布不均勻的裂縫，隨之，混凝土體內水分蒸發進一步加大，裂縫進一步擴展；而干燥收縮是指在干燥環境下，已硬化的混凝土內部的水分不斷向外散失，引起混凝土由外向內的干縮變形裂縫。不受約束的混凝土是不會產生應力的，無論是溫差還是收縮變形，究其原因都是受到約束才產生應力的。約束有兩種，一是外部約束，二是內部約束。

2 大體積混凝土結構裂縫的基本形式

常見大體積混凝土結構裂縫有兩種，分別為宏觀裂縫和微觀裂縫，而宏觀裂縫是由微觀裂縫發展而成的。（1）微觀裂縫。微觀裂縫是指用肉眼看不見的、其寬度在0.05 mm以下的裂縫，其分布不規則，沿截面是不貫穿的。一般情況下，有微裂縫的結構可以承受拉力，但在結構某些承受拉力較大的薄弱部位，在拉力的作用下微觀裂縫容易發展并成為貫穿結構全截面的裂縫。（2）宏觀裂縫。宏觀裂縫是指用肉眼可以看見的、其寬度在 0.05mm以上的裂縫，它是微裂縫發展的結果。按裂縫在結構上出現的具體形式可分為垂直裂縫、水平裂縫、斜裂縫以及由斜裂縫形成的螺旋狀裂縫；從裂縫進入構件深度可分為表面裂縫、深層裂縫與貫穿裂縫；按狀態又可分為穩定裂縫和不穩定裂縫；按危害性又可分為無害和有害裂縫，等等。

3 大體積混凝土結構裂縫產生的基本規律

一般來說，大體積混凝土開裂遵循以下幾種規律∶

（1）溫差和收縮越大，溫度變化和收縮速度越快，越容易開裂，裂縫越寬，越密。（2）基底對結構的約束作用越大，越容易開裂。（3）溫度梯度越大，承受均勻溫差收縮的厚度越小，越容易開裂。（4）一般條件下，幾何尺寸越大，越容易開裂。裂縫經常垂直于較長方向，但不成絕對關系。

4 大體積混凝土結構裂縫的控制

4.1結構設計方面

（1）避免設計上“強度越高越好”的錯誤概念。因為，設計強度越高，水泥用量越大，必然造成混凝土水化熱過高。一般來說，大體積混凝土的強度等級宜在C20～C35范圍內選用。而且考慮到建設周期長特點，在保證強度足夠的條件下，可以利用混凝土60d或90d的后期強度。

（2）大塊式基礎及其他筏式、箱式基礎不應設置永久變形縫及豎向施工縫?？刹捎谩昂鬂部p”或“跳倉打”來控制施工期間的較大溫差及收縮應力。另外，目前國際上大多數國家采用設置溫度伸縮縫的方法。

（3）選用合理的平面和立面設計，避免截面的突變，造成應力集中，當不能避免突變時，做適當的局部處理。

（4）合理布置分布鋼筋，除應滿足承載力和構造要求外，還應增配承受溫度應力及控制裂縫開展的鋼筋，盡量采用小直徑、密間距；變截面處加強分布筋。

（5）設滑動層和壓縮層來減少基礎的約束力與地基的側面阻力。

（6）以預防為主。在設計階段就應該考慮到可能漏水的內排水措施及施工后經濟、可靠的堵漏方法。

（7）大體積混凝土工程施工前，應對施工階段大體積混凝土澆筑體的溫度、溫度應力、及收縮應力進行驗算，確定溫控指標，制定溫度施工的技術措施，以防止或控制有害溫度裂縫的發生。

4.2施工方案方面

（1）科學選用混凝土的配合比，用較低的水灰比、水和水泥用量。

（2）控制大體積混凝土結構裂縫的開展，必須減少基礎溫差和內外溫差，降低混凝土的總溫升，使混凝土中心與外表面的最大溫差不高于（25～30）℃，總降溫差不高于30℃。因此要控制好混凝土的出機溫度和澆灌溫度，同時，預埋冷卻水管，通過壓力循環冷卻水將部分水化熱排出，從而降低混凝土內部溫度減少大體積混凝土內外溫差。另外，布置測溫點，加強水化熱的測定工作，嚴格控制好混凝土的降溫速度，防止混凝土溫度驟變。

（3）在混凝土施工過程中，加強混凝土的攪拌，確?；炷临|量均勻；保證連續卸料，不間斷泵送，可以相應減小塌落度。同時，合理調整澆注方向，最大限度排除混凝土泌水，有利于提高混凝土質量和抗裂。

（4）做好大體積混凝土的養護工作，其目的就是保持混凝土適宜的溫度和濕度條件。一是要防止混凝土表面的熱擴散，減少混凝土表面的溫度梯度，降低混凝土塊體的自約束應力，避免產生表面裂縫；二是要延長散熱時間，降低大體積混凝土澆筑塊體的降溫速度，充分發揮混凝土強度的潛力和材料松弛特性，以提高混凝土塊體承受外約束力的能力，使平均總溫差對混凝土產生的拉應力小于混凝土抗拉強度，防止產生貫穿性裂縫。

（5）混凝土澆筑前，木模板應澆水濕潤，但不得有積水，模板的縫隙和空間應堵嚴，防止振搗時漏漿。正確規定拆模時間，防止拆模過早，混凝土表面溫度較低，形成很陡的溫度梯度，產生很大拉應力，形成裂縫。

（6）大體積混凝土工程的模板宜采用鋼模板或鋼木混合模板。鋼模板對保溫不利，最好根據溫控要求采取保溫措施；木模板可作為保溫材料使用。

（7）混凝土澆筑過程中，不得漏振、欠振或過振。為使混凝土振搗密實，應分層澆筑、分層振搗，并在下層混凝土凝結之前，將上層混凝土澆筑振搗完畢。另外，采用兩次振搗技術，能改善混凝土強度，提高抗裂性，也是裂縫控制的重要措施。

5結語

大體積混凝土結構雖然工程量大、技術復雜，但經過上述綜合措施的控制，勢必在很大程度上能夠避免大體積混凝土結構裂縫的產生，或者使裂縫盡最大可能將其有害程度控制在允許范圍之內，保證混凝土的施工質量。隨著國民經濟發展，還將進行大量的基礎建設，在今后的工程中將有更多的大體積混凝土結構產生，也勢必會帶來更多的新問題，廣大工程研究、設計、施工人員在設計和施工中應多研究新方法，總結經驗，在實踐中摸索，相信大體積混凝土結構裂縫問題可以得到有效的控制。