淺談大體積混凝土裂縫原因及預防措施

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摘  要：混凝土裂縫在施工中的不同階段都不同程度存在，引起裂縫的原因比較復雜，本文旨在通過對裂縫產(chǎn)生的原因進行分析探討，提出措施和建議，來避免大體積混凝土裂縫的發(fā)生。
    關(guān)鍵詞：裂縫, 養(yǎng)護, 措施，應(yīng)力

    通過近幾年來的現(xiàn)場實踐，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防裂縫的措施進行簡要的闡述。
    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，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，當這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(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)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導致裂縫?；炷潦且恢写嘈圆牧?，拉抗強度是抗壓強度的1/10左右，短期加荷時的極限拉伸變形也只有（0.6~1.0）×104，長期加荷時的極限拉伸變形也只有（1.2~2.0）×104。由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆注過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其拉強度又是不均勻的，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，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。一般設(shè)計中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力，但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當大的拉應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。
    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。這個階段有兩個特征，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)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中。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模量變化不大。
    （3）晚期：混凝土完全冷卻以后的運轉(zhuǎn)時期。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)已知的溫度準確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)值計算，混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當大的松弛，計算溫度應(yīng)力時，必須考慮徐變的影響，具有計算這里就不在細述。
    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）攪拌混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度。
    （3）熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，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，定時測定內(nèi)外溫度，前4天每2h測一次，5－7天每4h測一次，8－15天每天一次，并及時記錄，確?；炷羶?nèi)外溫差控制在25。以內(nèi)，做到及時觀察，出現(xiàn)溫度超偏，可通過調(diào)整養(yǎng)護方式來降低溫差。
    （5）規(guī)定合理的拆模時間，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度，加強保溫養(yǎng)護措施，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80～100㎜進行中層覆蓋，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)護時間不少于14d，有條件的應(yīng)對基礎(chǔ)側(cè)邊進行覆土掩蓋，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，加強養(yǎng)護，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)后要恢復其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。