張義波

（河南大有能源股份有限公司千秋煤礦基建科，河南 三門峽472000）

0 概述

混凝土結(jié)構(gòu)由于其自身力學(xué)性能優(yōu)越，取材方便，造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)被大范圍的應(yīng)用在我國的土木工程的各個(gè)領(lǐng)域。但是混凝土結(jié)構(gòu)也有著自身的缺點(diǎn)，例如抗拉強(qiáng)度小，自重大，易產(chǎn)生溫縮，養(yǎng)護(hù)周期較長，宜產(chǎn)生裂縫等缺點(diǎn)。特別是容易產(chǎn)生裂縫，研究表明幾乎所有的混凝土結(jié)構(gòu)均是帶縫工作。 由于其材料的獨(dú)特特性，混凝土結(jié)構(gòu)幾乎無法避免裂縫的存在。大量裂縫的出現(xiàn)不但對于混凝土外觀產(chǎn)生負(fù)面影響，對于工程結(jié)構(gòu)的使用性能也有著極大的危害。 混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的存在會導(dǎo)致碳化等一系列的病害危害到混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。所以如何有效的控制混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的發(fā)展，特別是大體積混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展是當(dāng)今建筑工程施工中所面臨的巨大科研難題。

1 混凝土裂縫種類以及產(chǎn)生原因

1.1 微觀裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)上寬度小于0.05mm 的裂縫被稱之為微觀裂縫。 微觀裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)中分布不均勻，布局不規(guī)則，且沒有貫通面時(shí)微觀裂縫的一大特征。 這類裂縫一般用肉眼無法察覺。 微觀裂縫不會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)在承載力方面的損失。 所以，微觀裂縫的存在不會影響混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用。但是，微觀裂縫在受到較大的承載力時(shí)，寬度會迅速增大。 隨著承載力的增加，裂縫寬度會不斷增加直至形成貫通裂縫，最終影響到混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用。 而且微觀裂縫中會積存大量的氫氧化鈣溶液，空氣中的二氧化碳通過微觀裂縫進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部時(shí)，會與微觀裂縫中的氫氧化鈣溶液發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的碳化。

由此我們可以得到以下結(jié)論：

（1）微觀裂縫的存在在現(xiàn)階段無法避免。

（2）微觀裂縫的存在不會影響到混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用。

（3）微觀裂縫容易發(fā)展成為宏觀裂縫，進(jìn)而影響到混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用。

（4）微觀裂縫是導(dǎo)致混凝土碳化出現(xiàn)的首要因素。

1.2 宏觀裂縫

宏觀裂縫是指寬度大于0.05mm 的裂縫。 施工中肉眼可見的裂縫一般均稱為宏觀裂縫。 宏觀裂縫大多數(shù)情況下由應(yīng)力與變形產(chǎn)生。 混凝土結(jié)構(gòu)在產(chǎn)生大變形時(shí)會產(chǎn)生宏觀裂縫。宏觀裂縫根據(jù)危害程度由低向高，可以依次分為：表面裂縫、深度裂縫、貫穿裂縫。其中一旦混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)貫穿裂縫，則表示混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大病害，必須停止工作。

2 裂縫產(chǎn)生機(jī)理[1]～[3]

混凝土結(jié)構(gòu)是由水泥，砂粒，碎石，水，混合料以及外加劑形成的。材料的多樣化會使得混凝土內(nèi)部在混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成過程中的不同部位產(chǎn)生不同的溫度與溫度變形。例如水泥在強(qiáng)度形成過程中會釋放出大量的熱量，碎石等骨料的溫縮系數(shù)低于水泥石溫縮系數(shù)。 由于溫度的不均勻變化與溫縮系數(shù)的不同，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間會產(chǎn)生相對位移，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

溫度裂縫出現(xiàn)的主要因素有以下幾點(diǎn)：

（1）水泥水化熱：水化熱是混凝土結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度形成過程中產(chǎn)生熱量的主要原因。

（2）約束條件：混凝土由于溫度變化導(dǎo)致應(yīng)力應(yīng)變的產(chǎn)生，而邊界約束阻礙其自由發(fā)展最終會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

（3）干縮變形：混凝土由于隨著強(qiáng)度的形成，內(nèi)部大量水分蒸發(fā)導(dǎo)致了混凝土由于干縮產(chǎn)生裂縫。

（4）鋼筋布置：混凝土與鋼筋性質(zhì)的差異會導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間在混凝土強(qiáng)度形成過程中產(chǎn)生相對位移，從而產(chǎn)生裂縫。

3 預(yù)防大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的具體措施

3.1 嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，加強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)

在施工控制[4]中必須嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)。具體的結(jié)果是降低混凝土結(jié)構(gòu)拉伸變形量、 增大混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度、降低熱強(qiáng)比。 使混凝土結(jié)構(gòu)體積變形呈現(xiàn)微膨脹的結(jié)果。

3.1.1 減少水化熱

大體積混凝土結(jié)構(gòu)開裂的主要原因是由于水化熱導(dǎo)致的。所以根據(jù)現(xiàn)實(shí)施工經(jīng)驗(yàn)，大體積混凝土結(jié)構(gòu)中降低水泥用量，盡量使用水化熱低的水泥可以有效地控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)的開裂與裂縫產(chǎn)生。

3.1.2 適當(dāng)摻加混合料

大體積混凝土施工中一般由于混凝土用量大、 施工工期較緊、工程質(zhì)量要求高的原因，會大量使用商品泵送混凝土。 所以大體積混凝土澆筑過程中，混凝土中是否摻加混合料決定了混凝土的質(zhì)量優(yōu)劣。

1）使用外加劑：例如木質(zhì)素磺酸鈣是常用的混凝土外加劑。 在混凝土中摻加質(zhì)量比為0.2%～0.3%的木鈣時(shí)可以有效地增強(qiáng)混凝土的和易性、降低單位體積混凝土結(jié)構(gòu)的水泥用量、降低單位混凝土的用水量。

2）合理使用外摻料：粉煤灰在混凝土結(jié)構(gòu)被大范圍的作為混凝土的外摻料。 粉煤灰可以在混凝土凝結(jié)過程中產(chǎn)生膠凝材料，增加混凝土的強(qiáng)度。 但是粉煤灰摻用量過大時(shí)會加速混凝土結(jié)構(gòu)的碳化速度。所以，合理摻加粉煤灰是保證混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

3.1.3 優(yōu)化集料選擇

大體積混凝土中集料質(zhì)量可以達(dá)到混凝土質(zhì)量的85%，所以優(yōu)化集料選擇可以有效防止混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫發(fā)展。

3.2 優(yōu)化施工措施方法[5]

3.2.1 分層分段澆筑

大體積混凝土一次性澆筑會產(chǎn)生較大的水化熱。大量水化熱是導(dǎo)致混凝土開裂的主要原因之一。所以分層分段澆筑混凝土?xí)铀倩炷两Y(jié)構(gòu)局部散熱。 從而減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。 大體積混凝土分層分段澆筑主要由以下三種澆注方式：

1）全面分層澆筑

2）分段分層澆筑

3）斜面分層澆筑

3.2.2 二次振搗

根據(jù)大量施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[6]，二次振搗可以有效地減少混凝土裂縫的寬度。 二次振搗可以增大混凝土的密實(shí)度，減少混凝土結(jié)構(gòu)中的水分與空隙，增加混凝土與鋼筋的握裹力。 二次振搗的時(shí)機(jī)選擇一般取決于以下兩個(gè)方面：

1）標(biāo)準(zhǔn)阻力貫入值低于。

2）振動(dòng)棒插入混凝土中，緩慢抽出式混凝土自動(dòng)閉合不會形成空穴。

3.2.3 降低混凝土出倉與澆筑溫度

盡量選擇在氣溫較低時(shí)進(jìn)行工作， 盡量使用冷卻水進(jìn)行攪拌，使用遮陽棚等方式降低物料進(jìn)倉溫度。

3.2.4 優(yōu)化攪拌工藝優(yōu)化攪拌工藝可以增加混凝土的抗拉極限強(qiáng)度，降低混凝土的收縮應(yīng)變從而提高混凝土質(zhì)量，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展。

3.3 優(yōu)化構(gòu)造設(shè)計(jì)與邊界約束[7]

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫并加劇裂縫發(fā)展。其主要方式方法有：

（1） 優(yōu)化鋼筋配置： 盡量沿混凝土表面配置鋼筋，可以降低混凝土干縮及內(nèi)外溫差導(dǎo)致裂縫的數(shù)量。

（2）設(shè)置滑動(dòng)層與緩沖層：滑動(dòng)層可以降低由于邊界約束產(chǎn)生的裂縫，緩沖層可以降低混凝土結(jié)構(gòu)由于基礎(chǔ)收縮產(chǎn)生的側(cè)向壓力。

（3）應(yīng)力緩和溝的應(yīng)用：應(yīng)力緩和溝可以有效降低混凝土結(jié)構(gòu)表面的拉應(yīng)力，從而減少裂縫產(chǎn)生的數(shù)量與寬度。

3.4 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在澆注成型后，必須認(rèn)真養(yǎng)護(hù)。 避免產(chǎn)生由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。 例如：在混凝土表面灑水以及鋪設(shè)毛氈等手段，降低混凝土結(jié)構(gòu)由于溫縮與干縮引起的裂縫。養(yǎng)護(hù)期間加強(qiáng)監(jiān)測。

4 結(jié)論

本文通過對大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生機(jī)理的具體分析與總結(jié)，對如何控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生提出了一些實(shí)際的施工方法。 具體施工方法有：

（1）采用優(yōu)質(zhì)原材料；

（2）優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)；

（3）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)；

（4）合理摻加外加劑預(yù)混合料；

（5）采用新型施工技術(shù)并加強(qiáng)構(gòu)造設(shè)計(jì)；

（6）改善邊界約束。

［1］楊紅霞，鄭光明.混凝土溫度收縮裂縫的產(chǎn)生機(jī)理及對策[J].延安大學(xué)學(xué)報(bào)，2004,23（2）：43－44.

［2］卞春麗，梁曉平.現(xiàn)澆大體積混凝土裂縫的成因與防治[J].山西建筑，2007,33（3）：119－120.

［3］李建春.對于大體積混凝土溫度裂縫的探討[J].科園月刊，2008（5）：33－34.

［4］賈應(yīng)春，程寶輝.大體積混凝土施工溫度控制基本思路[J].世界橋梁，2005（1）：75－77.

［5］孫振興.淺談大體積混凝土裂縫的控制措施[J].山西建筑，2005,31（4）：76－77.

［6］肖振榮.大體積混凝土防止裂縫技術(shù)措施[J].西部探礦工程，2005,17（5）：185－186.

［7］李潘武，李慧民.大體積混凝土溫度構(gòu)造鋼筋的配置[J].四川建筑科學(xué)研究，2005，（31）2:31－35.