关于大体积混凝土裂缝控制的思考

李 勇

摘要由于大体积混凝土结构的截面尺寸较大,混凝土强度较高,使得水泥在水化反应过程中释放的水化热产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用,产生较大的温度应力和收缩应力,常导致大体积混凝土结构出现裂缝。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害,甚至会造成经济上的巨大损失。

关键词大体积混凝土裂缝措施

中图分类号:TU528文献标识码:A

随着工程建设的快速发展,大体积混凝土日益增多,而在大体积混凝土施工中普遍会遇到裂缝控制问题,该问题若是处理不当将为工程结构埋下严重的质量隐患。因此,大体积混凝土施工中应严格控制裂缝的产生和发展,以保证工程质量。本文结合笔者的工作经验谈一谈大体积混凝土裂缝产生的原因和裂缝控制的措施。

1 大体积混凝土产生裂缝的原因

1.1 温差裂缝

混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝的主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大,特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑,浇筑后,水泥因水化引起水化热,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不容易散发,混凝土内部温度将显著升高,而混凝土表面土则散热较快,形成了较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。而此时,混凝土龄期短,抗拉强度很低,当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土的表面产生裂缝。大体积混凝土施工,由于混凝土内部与表面散热速率不一样,在其表面形成较大的温度梯度,从而引起较大的表面拉应力。同时,此时混凝土的龄期很短,抗拉强度很低,温差产生的表面拉应力,超过此时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土表面产生表面裂缝。经验与案例表明,此种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的前3天(升温阶段)。混凝土降温阶段,由于逐渐降温而产生收缩,再加上混凝土硬化过程中,由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用,促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束,也会产生很大的拉应力,直至出现收缩裂缝。

1.2 沉缩裂缝

在大体积砼(特别是泵送大流态砼)施工中也是非常多的。砼浇筑成型后,养护工作不到位,没有及时地进行表面覆盖,表面水份散失过快,导致砼内部与外部不均匀收缩,其表面干收缩大于其内部干收缩值。由于干缩快慢差而形成的砼表面拉应力,也是砼产生裂缝的重要原因。主要表现在振捣不密实,沉实不足,或者骨料下沉,表层浮浆过多,砼浇筑后,没有及时抹压实(特别是初凝前的二次拌压),且表面覆盖不及时,受风吹日晒,表面水份散失快,产生干缩,砼早期强度又低,不能抵抗这种变形而导致开裂。在施工中采用缓凝型泵送剂,可延缓砼的凝结硬化速度,充分利用外加剂(特别是缓凝剂)的特性,适时增加抹加次数,消除表面裂缝,特别是初凝前的抹压,这对消除表面裂缝是有效的。

1.3 塑性收缩变形使混凝土产生裂缝

塑性收缩裂缝发生在混凝土硬化之前、处于塑性状态时。它的产生主要是由于上部混凝土的均匀沉降受到了限制,如遇有钢筋或大的骨料或者是平面面积较大的混凝土,其水平方向的收缩比垂直方向更难,这样就会形成不规则的深裂缝。这种裂缝通常是互相平行的,间距为0.2一lm左右,并且有相当的深度。防止出现这种裂缝的最好办法,就是连续浇筑与修整抹面,并立即养护、保护混凝土。

1.4 混凝土不均匀性使混凝土产生裂缝

混凝土经过运输到达现场,由于坍落度不同,石子粒径与品种不同,振捣的密实度不同以及长距离运输的影响等,都会影响到混凝土的匀质性。由于匀质性不同,而造成混凝土的弹性模量不均匀,从而使得混凝土在收缩变形过程中导致应力集中,引起裂缝。

2 大体积混凝土结构裂缝的危害

近代科学关于混凝土强度的研究以大量工程实践所提供的经验说明,结构物的裂缝是不可避免的,是人们可以接受的材料特征。虽然国内外工程技术界普遍认为,钢筋混凝土结构的允许最大裂缝宽度主要是为了保证钢筋不致产生锈蚀,但通过近年来国内外科技界多次调查和现场实验,结论是裂缝的宽度与钢筋锈蚀没有直接关系,即便在潮湿的环境中裂缝也只能引起局部锈蚀,锈蚀程度不大,只有在氯化物含量较高的环境中裂缝才引起较大的锈蚀,所以,如对建筑物抗裂要求过高、过严,将付出巨大的经济代价。科学的要求应是将其有害程度控制在允许的范围内。但根据调查资料,凡接近于实验室荷载试验条件的,其主要是由荷载引起的裂缝,变形变化引起的裂缝一般不影响承载力。裂缝引起的各种不利后果,渗漏水占60%,高腐蚀、高湿度(包括干湿交替)环境中的结构,容易出现沿钢筋纵向裂缝,腐蚀将对承载力会产生严重破坏。所以,对于结构物中主要由于变形变化引起的裂缝,要根据防水、防渗、防气、防辐射、美观及使用要求加以控制。

3 防止裂缝的措施

3.1 优化配合比设计,合理选材,尽量减少水泥用量

严格控制水灰比,力求从源头上减少裂缝的产生。选用水化热低的水泥,优先选用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥以减少水化热引起的绝热温升而导致的裂缝;选用粒径大、强度高、级配好的骨料尽量减小混合料的空隙率及比表面积,从而减少水泥的用量、降低水化热、减少干缩、减小混凝土裂缝的开展;通过掺加外加剂(如减水剂.缓凝剂等)减小砂率、减小坍落度等都可以有效减少或降低混凝土温升导致的裂缝。

3.2 制定合适的允许温差

温差裂缝的重要原因是温差太大。为了防止裂缝发生,必须规定各种温差,包括内外温差、内部温差和温度陡降的容许值,这些容许温差可根据以往工程的实践经验,结合理论计算来确定。在一般的大体积钢筋混凝土结构工程中,如基础的约束不大,内外温差可控制在不超过25℃。拆模时根据混凝土内部最高温度与环境温度的容许差值进行控制,必须避免气温骤降等因素的影响。

3.3 加强混凝土养护

大体积混凝土浇筑后,需加强养护,但最初不能洒水养护,待放热高峰期过后,方能洒水养护,在养护期间,应定时观测温度变化,务必将温差控制在允许范围之内。对于大体积混凝土,可在其表面覆盖薄膜、麻袋,此举可减少混凝土表面的热扩散,并提供适宜的潮湿环境,防止混凝土表面因脱水而产生干缩裂缝,同时延长了散热时间,使混凝土的平均总温差所产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度,防止裂缝的产生。

3.4 混凝土浇筑方法的选择

由于大体积混凝土断面较大,因此可采用全面分层法,即在第1层浇筑完毕后,再回头浇筑第2层,如此逐层浇筑,直至完工为止;也可采用分段分层法,即混凝土从底层开始浇筑,进行2～3m后再回头浇筑第2层,同样依次浇筑各层。斜面分层法,要求斜面坡度不大于1:3,适用于结构长度大大超过厚度3倍的情况。当然必须注意,浇筑须连续进行,不留施工缝,同时应在下一层混凝土初凝之前,将上层混凝土浇筑完毕。

4 结束语

大体积混凝土裂缝产生的原因很多,但只要严格按规范规定施工,认真积极地探索裂缝产生的原因,丰富相关的知识与经验,及早采取相应的预防与控制措施,就能有效地控制大体积混凝土结构的裂缝,保证该分项的工程实体质量。