大体积混凝土裂缝分析及施工控制技术

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　　摘要：近年来，随着城市建设的飞速发展，高层建筑越来越多，高层建筑时常涉及到大体积混凝土施工，因此对大体积混凝土施工质量提出了更高的要求。由于其体积大，表面积小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用，本文将对混凝土裂缝成因进行分析，并提出控制措施。
　　关键词：大体积混凝土　温度裂缝　分析　施工控制
　　
　　0　引言
　　
　　大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害是较严重的：而深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害较小。
　　大体积混凝土施工阶段所产生的裂缝，一方面是混凝土内部因素：由于内外温差而产生的：另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但抗拉能力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。
　　
　　1　裂缝产生原因浅析
　　
　　产生裂缝的主要原因有以下几方面：
　　
　　1.1　水泥水化热
　　水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大而产生裂缝。
　　
　　1.2　温度变化引起的裂缝
　　大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的，温差愈大，产生的温度应力就愈大，对混凝土的破坏也就越大。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。
　　
　　1.3　收缩引起的裂缝
　　在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，收缩是发生混凝土体积变形的主要原因。
　　在施工过程中，混凝土浇筑后4～5小时左右，混凝土失水收缩。混凝土结硬以后，随差表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。
　　影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺、养护条件等。
　　
　　1.4　钢筋锈蚀收起的裂缝
　　由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有并行断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。
　　要防止钢筋锈蚀，施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，同时严格控制保护层厚度，当然保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度。
　　
　　1.5　施工工艺质量引起的裂缝
　　在混凝土结构浇筑过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生各种裂缝。裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较典型常见的有：
　　1.5.1　混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
　　1.5.2　混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。
　　1.5.3　混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝。
　　1.5.4　混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。
　　1.5.5　用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。
　　1.5.6　混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。
　　1.5.7　混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。
　　1.5.8　施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。
　　1.5.9　施工时拆模过早，混凝土强度不足，使构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
　　1.5.10　施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。
　　
　　2　大体积混凝土裂缝控制的措施
　　
　　综上所述，要在施工中控制大体积混凝土产生裂缝，主要需要控制混原材料质量、混凝土质量以及混凝土施工质量，并要做好大体积混凝土的养护及温度控制工作：
　　
　　2.1　尽量选用低热或中热水泥配制混凝土，或混凝土中掺加适量粉煤灰或减水剂，或利用混凝土的后期强度，以降低水泥用量，减少水化热量。选用良好级配的骨料，并严格控制砂石含泥量，降低水灰比，加强振捣，以提出混凝土密实度和抗拉强度。
　　
　　2.2　在混凝土中掺加缓凝剂，减缓浇筑速度，以利于散热，在设计允许的情况下，可掺入不大于混凝土体积25％的块石，以吸收热量并节省混凝土。
　　
　　2.3　在拌合混凝土时，还可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。
　　
　　2.4 设置后浇缝。在大体积混凝土平面尺寸过大时，可适当设置后浇缝，以减小外应力和温度应力；同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。
　　
　　2.5　选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑混凝土，夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土，或对骨料设简易遮阳装置或进行喷水预冷却，运输混凝土应防日晒，以降低砼搅拌温度。
　　
　　2.6　采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，防止水化热的积聚，减少温度应力。 　　
　　2.7　大体积混凝土采用泵送卫艺，泵送过程中，常会发生输送管堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要，须合理选择泵送压力，泵管直径，输送管线布置应合理。炎热季节施工泵管上须用湿麻袋等遮盖并经常淋水散热。严寒季节施工，宜用保温材料包裹泵管，防止管内混凝土受冻，并保证混凝土的入模温度。
　　
　　2.8　加强早期养护，提高抗拉强度。养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。养护主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内表温差，促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。根据工程的个体情况，应尽可能多养护一段时间，拆模后应立即回填土或覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响，以控制内表温差，防止混凝土早期和中期裂缝。大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的温度控制，防止因温度变形引起混凝土的开裂。
　　在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点：
　　2.8.1　混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于25℃～30℃。
　　2.8.2　在基础内部预埋冷却水管，通循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。
　　2.8.3　混凝土拆模时，混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。
　　2.8.4　在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料(如草袋、锯末、湿砂等)，在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃。
　　2.9　采用切实可行的施工工艺。首先要编制切实可行的施工方案，良好的施工方案与预防、控制裂缝有很大的关系。施工方案主要应确定一定浇筑量、施工缝间距、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣等。其次，要保证施工质量。由于施工原因而产生的裂缝发生率比较大。如果在施工阶段控制住了裂缝，则在使用阶段开裂的可能性就很小了。因此，施工阶段是裂缝预防的主要阶段。
　　
　　3　结论
　　
　　大体积混凝土的裂缝是不可避免的，但其有害程度是可以控制的。裂缝控制的主要方法是通过设计、施工、材料等方面综合技术措施将裂缝控制在无害范围内。大体积混凝土的施工技术与措施直接关系到混凝土结构的使用性能，若不能很好的了解大体积混凝土结构开裂的原因以及掌握应对此类问题所采取的相应施工措施，那么实际生产当中就很难保证施工质量。同时，工程管理人员要具备较高的管理能力，提高工程管理水平，正确对待结构裂缝现象，认真实践，努力探索，点滴积累，坚持不懈的努力，为社会提供出越来越完善的建筑产品。
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