淺談大體積混凝土裂縫原因及預(yù)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(fù)雜，本文旨在通過對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)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(hù), 措施，應(yīng)力

    通過近幾年來的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，及查閱相關(guān)的技術(shù)資料，對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因、現(xiàn)場(chǎng)混凝土溫度的控制和預(yù)防裂縫的措施進(jìn)行簡(jiǎn)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、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?；炷潦且恢写嘈圆牧?，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（0.6~1.0）×104，長(zhǎng)期加荷時(shí)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(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(duì)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(duì)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(chǎng)常用的措施如下：
    （1）采用改善骨料級(jí)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(cè)溫管，定時(shí)測(cè)定內(nèi)外溫度，前4天每2h測(cè)一次，5－7天每4h測(cè)一次，8－15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(chǎng)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(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(zhǎng)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(duì)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)過大起伏。
    （3）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長(zhǎng)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(duì)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。