淺談大體積混凝土裂縫原因及預(yù)防措施

1、淺談大體積混凝土裂縫原因及預(yù)防措施通過近幾年來的現(xiàn)場實(shí)踐，及查閱相關(guān)的技術(shù)資料，對混凝土裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場混凝土溫度的控制和預(yù)防裂縫的措施進(jìn)行簡要的闡述。一、裂縫產(chǎn)生的原因分析混凝土中產(chǎn)生的裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，原材料不合格（如堿骨料反映），模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等?；炷劣不陂g水泥放出大量水熱化熱，內(nèi)部溫度不段上升，在表面引起拉應(yīng)力，后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周

2、、時(shí)干時(shí)濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導(dǎo)致裂縫。混凝土是一中脆性材料，拉抗強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形也只有（0.61.0）×104，長期加荷時(shí)的極限拉伸變形也只有（1.22.0）×104.由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運(yùn)輸和澆注過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其拉強(qiáng)度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應(yīng)力只要是由鋼筋來承擔(dān)，混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小

3、的拉應(yīng)力，但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。二、溫度應(yīng)力的分析溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段：（1）早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個(gè)階段有兩個(gè)特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土上彈性模量的急劇變化，由于彈性模量的變化，這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。（2）中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止，這個(gè)時(shí)期中。溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝土上的彈性

4、模量變化不大。（3）晚期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：（1）自生能力：沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如，橋梁墩身，結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，混凝土冷卻時(shí)表面的溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。（2）約束能力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而一起的應(yīng)力，如箱梁頂板混凝土和護(hù)攔混凝土；這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土上的干縮所引起的應(yīng)力共同作用；想要根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較

5、復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算，混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松弛，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，必須考慮徐變的影響，具有計(jì)算這里就不在細(xì)述。三、溫度的控制和防止裂縫的措施為了防止裂縫，可以從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手，現(xiàn)場常用的措施如下：（1）采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量。（2）攪拌混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。（3）熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，最好控制在500mm以內(nèi)，以便于表面散熱；第二層澆筑必須在第一段砼初凝前澆筑完畢。（4）根據(jù)混凝土澆注面積，在混凝土上中下部設(shè)置一定數(shù)量測溫管，

6、定時(shí)測定內(nèi)外溫度，前4天每2h測一次，57天每4h測一次，815天每天一次，并及時(shí)記錄，確?；炷羶?nèi)外溫差控制在25.以內(nèi)，做到及時(shí)觀察，出現(xiàn)溫度超偏，可通過調(diào)整養(yǎng)護(hù)方式來降低溫差。（5）規(guī)定合理的拆模時(shí)間，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度，加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)措施，現(xiàn)場通常采取措施為混凝土澆注后先覆蓋一層塑料薄膜，用麻袋裝鋸末，厚度80100進(jìn)行中層覆蓋，最后覆蓋1-2層100mm厚巖棉被。（6）夏季施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面及側(cè)邊，設(shè)置專人撒水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d，有條件的應(yīng)對基礎(chǔ)側(cè)邊進(jìn)行覆土掩蓋，避免內(nèi)部水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生裂縫。改善約束條件的措施是：（1）合理地分區(qū)分塊。（2）避免基礎(chǔ)過大

7、起伏。（3）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別主注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高，此時(shí)拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力疊加，再加上混凝土干縮，表面拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)。但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一些輕型保溫材料，如泡沫海綿等，對于防止混凝土表面產(chǎn)

8、生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低，只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定，而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土的線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的715倍，當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時(shí)，鋼筋的應(yīng)力將不超過100200kg/cm2，因此，在混凝土中想要利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難，但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變的數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。為了保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使

9、用外加劑也是減少開裂的措施之一，例如使用減水防裂劑，筆者在實(shí)踐中總結(jié)出其主要作用為：（1）混凝土中存在大量的毛細(xì)孔道，水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力，但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。（2）水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%.（3）水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充。（4）摻加減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。（5）外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮。許多

10、外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性功能，我們在工程實(shí)踐中應(yīng)多進(jìn)性這方面的研究，比單純改善外部條件，可能會(huì)更加簡潔、經(jīng)濟(jì)。四、混凝土的早期養(yǎng)護(hù)實(shí)踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成的，寒冷地區(qū)的溫度驟降也是容易形成裂縫的。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要；從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，現(xiàn)場保溫應(yīng)達(dá)到下述要求：（1）防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。（2）防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土的使用期的穩(wěn)定溫度。（3）防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期，在施工中應(yīng)該切實(shí)重視起