李漢泉

摘要：與一般的混凝土相比較，大體積混凝土具有形體龐大、混凝土數(shù)量較多、工程條件復(fù)雜、施工技術(shù)和質(zhì)量要求高、混凝土絕熱溫升高和收縮等特點。因此，大體積混凝土經(jīng)常出現(xiàn)的問題不是力學(xué)上的結(jié)構(gòu)強度，而是混凝土的裂縫。如何防止大體積混凝土的開裂，一直是工程技術(shù)人員長期關(guān)心和共同研究的主要課題。本文簡要分析了大體積混凝土裂縫的成因及配制應(yīng)注意的事項。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土 裂縫 成因 配制

0 引言

高層建筑基礎(chǔ)主要的特點就是體積大，一般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。混凝土內(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。

1 高層大體積混凝土的裂縫的簡要介紹

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，其危害性是較嚴重的；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。

但出現(xiàn)裂縫并不是絕對地影響結(jié)構(gòu)安全，它都有一個最大允許值。處于室內(nèi)正常環(huán)境的一般構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.3mm；處于露天或室內(nèi)高濕度環(huán)境的構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.2mm。

對于地下或半地下結(jié)構(gòu)，混凝土的裂縫主要影響其防水性能。一般當裂縫寬度在0.1~0.2mm時，雖然早期有輕微滲水，但經(jīng)過一段時 間后，裂縫可以自愈。如超過0.2~0.3mm，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0.3mm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，必須進行化學(xué)灌漿加固處理。

2 高層大體積混凝土裂縫的成因

大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫，一方面是混凝土內(nèi)部因素：由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的；另一方面是混凝土的外部因素：結(jié)構(gòu)的外部約束和混凝土各質(zhì)點間的約束，阻止混凝土收縮變形，混凝土抗壓強度較大，但受拉力卻很小，所以溫度應(yīng)力一旦超過混凝土能承受的抗拉強度時，即會出現(xiàn)裂縫。這種裂縫的寬度在允許限值內(nèi)，一般不會影響結(jié)構(gòu)的強度，但卻對結(jié)構(gòu)的耐久性有所影響，因此必須予以重視和加以控制。裂縫產(chǎn)生的主要原因有以下幾方面：

2.1 水泥水化熱

水泥在水化過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)部的水化熱無法及時散發(fā)出去，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大。單位時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。由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，實際上內(nèi)部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3~5天。

2.2 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。特別是氣溫驟降，會大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對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。同時，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60~65℃，并且有較長的延續(xù)時間。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。

2.3 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)會引起混凝土體積的收縮?；炷潦湛s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，再處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復(fù)膨脹并幾乎達到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化，這對混凝土是很不利的。影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝（特別是養(yǎng)護條件）等。

3 高層大體積混凝土養(yǎng)護的現(xiàn)狀

現(xiàn)行的規(guī)范、標準多數(shù)指出的是要養(yǎng)護多長時間，而沒有規(guī)定什么時候開始養(yǎng)護。

如圖1所示：混凝土約束應(yīng)力是升溫產(chǎn)生的膨脹壓應(yīng)力和自收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加的結(jié)果。在溫度達不到tz1以前，混凝土仍處于塑性狀態(tài)，故為零應(yīng)力。此后溫度上升，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力(這時可以采取降溫措施)；溫度達到峰值后，開始下降到tz2時出現(xiàn)第二次零應(yīng)力，此后即開始產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果在溫度達到tz1，以后向混凝土澆低于環(huán)境溫度的涼水就可能產(chǎn)生“熱振”，產(chǎn)生開裂。所以，必須控制灑水的時間和灑水的溫度。做到及“早”、盡“早”養(yǎng)護，養(yǎng)護時間長短適當。水灰比越低越需要即時加強外部補充水養(yǎng)護，但時間可以短些，一般0.45水灰比養(yǎng)護7d就可以，不必再延長養(yǎng)護時間。

4 對冷縫的控制措施

“冷 縫”是指現(xiàn)澆混凝土與已澆筑混凝土之間，由于間隔時間過長形成的隱形縫隙?，F(xiàn)在對這種縫隙沒有現(xiàn)有規(guī)范和標準進行檢驗。只是認為“只要在初凝前接茬就沒有問題”?；炷两硬鐣r間的控制：混凝土凝結(jié)到什么程度以前，它與新澆筑的混凝土之問粘結(jié)會不會受到損害呢?為此，對不同凝結(jié)程度的接縫處混凝土力學(xué)強度進行了試驗。

先在試模內(nèi)澆筑一半混凝土，待這部分混凝土凝結(jié)程度達到貫人阻力的1.0MPa、2.0MPa和3.5MPa時，再澆筑另一半混凝土。劈裂試驗結(jié)果說明，隨著澆筑第二層混凝土?xí)r第一層混凝土凝結(jié)程度的增加(貫入阻力由1.0MPa增加到3.5MPa)，接縫處劈裂抗拉強度降低。將上述成型試件在接縫處劈開，發(fā)現(xiàn)貫入阻力為3.5MPa時澆筑第二層混凝土的試件，在接縫處整齊地劈為兩半，由此可見，接縫處的兩層混凝土并沒有結(jié)合成為整體，然而當一層混凝土貫入阻力為1.0MPa時，再澆筑第二層混凝土的試件，沒有一試件在接縫處破裂，更沒有整齊地劈為兩半，接縫處具有良好的整體性。試驗表明，當先澆筑的混凝土凝結(jié)進展到達初凝(貫入阻力3.5MPa)，再澆筑上面一層新混凝土，會產(chǎn)生冷縫，兩層混凝土之間的粘結(jié)會受到嚴重的損害，接縫處強度降低.結(jié)構(gòu)不具有整體性。要避免形成冷縫，使兩層混凝土結(jié)合完整，應(yīng)該在先澆筑的混凝土凝結(jié)進展到貫入阻力1.0MPa～3.5MPa以前澆筑新混凝土(見圖1)。

新拌混凝土達到初凝時，很難對混凝土進行有效的振動搗實，雖然振動棒在自身重量的作用下能夠下沉，振動棒周圍的混凝土也能夠形成流體，但只在振動棒周圍的小范圍內(nèi)，搗實半徑太小，從實用角度看，振動搗實應(yīng)該在混凝土的貫入阻力達到1.0MPa以前完成。對膨脹劑的盲目迷信。許多單位在大體積混凝土摻加膨脹劑，認為“膨脹可以抵消或抵抗收縮”。

對混凝土進行現(xiàn)場取樣、制作試件；對混凝土進行測溫，溫差最大的為19℃；制作的“冷縫”檢查試件，無一在接縫處劈裂；泵送順利、情況良好；混凝土表觀整潔、光滑、密實，無通病。