大體積混凝土裂縫的成因與控制

　　隨著我國高層建筑物大量涌現(xiàn)，面臨的問題也隨之增加，特別是大體積混凝土的開裂問題尤為顯著，它不僅造成裂縫而出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，更主要的是它對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有很大的影響，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量問題，造成重大的工程事故，產(chǎn)生不必要的損失和危害。研究探索大體積混凝土裂縫的成因與控制，已成為設(shè)計(jì)施工中的一個(gè)重要課題。

　　結(jié)合工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工現(xiàn)場服務(wù)的實(shí)踐，經(jīng)分析研究，大體混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因如下：

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋的配筋率與混凝土的體型失衡

　　在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中鋼筋的布置方式與鋼筋的直徑大小和結(jié)構(gòu)的幾何尺寸有直接關(guān)系，一旦鋼筋設(shè)計(jì)不平衡，布置不均勻，直徑不合適，就會(huì)直接造成混凝土的開裂。其次，由于混凝土和鋼筋的線性膨脹系數(shù)差異較大，混凝土與鋼筋的收縮有了差異，引起干縮變形，如果混凝土的內(nèi)部配筋不足或配筋不當(dāng)，將直接導(dǎo)致混凝土的開裂。還有，鋼筋的彈性模量與混凝土的彈性模量不一致，一般情況下前者是后者的7~15倍，當(dāng)混凝土收縮時(shí)，鋼筋不能同步收縮，從而導(dǎo)致大體積混凝土的開裂。另外，由于混凝土的體型與體積大小不同，所受到的拉應(yīng)力也不同，鋼筋產(chǎn)生的約束應(yīng)力也不相同，從而使混凝土內(nèi)部的拉應(yīng)力有了很大區(qū)別，最終也將導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的開裂。

二、大體積混凝土施工溫度失控

　　建筑用大體積混凝土一般屬于高標(biāo)號混凝土，水泥用量大，水泥熟化時(shí)放出的熱量高；加之體積龐大，澆筑時(shí)一般較快，不易散熱；如遇夏季高溫天氣下施工時(shí)大量熱量倒灌?；炷羶?nèi)部的水泥水化熱的絕熱溫度，混凝土的澆筑溫度（出機(jī)溫度十入倉前熱量倒灌溫度）和結(jié)構(gòu)物的散熱溫降等多種溫度疊加在一起，導(dǎo)致混凝土的中心溫度往往高于50℃，有時(shí)可能高達(dá)70~80℃左右。隨著溫度的變化，混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力也發(fā)生變化。自混凝土澆筑開始至水化熱能量全部釋放完畢時(shí)，因?yàn)樗嗨懦龃罅康乃療?，引起溫度場的變化，而產(chǎn)生早期應(yīng)力。當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到峰值后開始下降，引起溫度場的再次變化，產(chǎn)生中期應(yīng)力并與早期應(yīng)力疊加，此時(shí)混凝土極易產(chǎn)生裂縫。

三、大體積混凝土工程的施工管理失范

　　大體積混凝土工程最大的特點(diǎn)是體積龐大，強(qiáng)度等級要求較高，施工周期長，施工管理復(fù)雜，工序前后相互關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，直接影響著混凝土的質(zhì)量。

　　針對以上大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，應(yīng)采取的主要應(yīng)對控制措施是：

　　一、構(gòu)造鋼筋的配筋率要與大體積混凝土的體型平衡

　　在大體積混凝土配筋率設(shè)計(jì)中 ，不僅要考慮結(jié)構(gòu)的外荷載，還應(yīng)考慮混凝土的收縮應(yīng)力和混凝土與鋼筋的線性膨脹系數(shù)的差異，使配筋率與大體積混凝土體型平衡。一是在大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要采用平衡配筋方式，對于總拉應(yīng)力大、結(jié)構(gòu)薄弱、剛度變化大等由于混凝土熟化原因可能造成開裂的部位適當(dāng)增加配筋率，以增大抗拉強(qiáng)度；對于高溫區(qū)的鋼筋與混凝土的膨脹系數(shù)差異較大時(shí)，采用降低配筋率的方式，來減少混凝土的差異應(yīng)力。二是在大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡可能使大體積混凝土內(nèi)部鋼筋布置均勻，避免由于出現(xiàn)約束不同，導(dǎo)致混凝土開裂；要盡可能使結(jié)構(gòu)體型均衡，以防止剛度差異造成應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生。如無法避免時(shí)，應(yīng)將剛度差異過渡區(qū)設(shè)置在約束應(yīng)力比較大的構(gòu)件底部，并在過渡部分的頂部設(shè)置抗裂的構(gòu)造鋼筋，以增加混凝土的抗拉能力。三是要提高鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度，在大體積混凝土的自由邊附加產(chǎn)生圍壓力的鋼筋，使大體積混凝土結(jié)構(gòu)的圍壓力增大，在三向應(yīng)力作用下，增強(qiáng)鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)；在混凝土中宜用螺紋鋼筋而不宜用光圓鋼筋，以增大粘結(jié)作用，宜用較細(xì)直徑鋼筋而不宜用較粗直徑鋼筋以加大粘結(jié)面積，在同等配筋面積下鋼筋較細(xì)、根數(shù)較多的裂控效果明顯要好于鋼筋徑粗根少的配筋效果。四是要在設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確把握好裂控配筋的三個(gè)基本點(diǎn)：鋼筋應(yīng)力、混凝土與鋼筋的粘結(jié)應(yīng)力和混凝土的抗拉強(qiáng)度。鋼筋應(yīng)力直接制約裂縫寬度，控制好鋼筋應(yīng)力的大小，能有效控制裂縫寬度；粘結(jié)應(yīng)力制約裂縫兩側(cè)的傳力長度，進(jìn)而制約裂縫平均間距和裂縫平均寬度；混凝土的抗拉強(qiáng)度高可推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)。

　　二、嚴(yán)密控制混凝土施工的溫度

　　在施工中要采取切實(shí)可行的降溫、保溫措施，有效控制混凝土溫度。首先在施工時(shí)間上盡可能回避高溫和高寒季節(jié)。如不能回避高溫高寒季節(jié)，則應(yīng)在高溫季節(jié)的低溫時(shí)間施工，防止夏季施工熱量倒灌，或者選擇高寒季節(jié)高溫時(shí)間施工，防止冬季施工冷量倒灌。其次要控制好混凝土的出機(jī)溫度，在料場設(shè)置保溫棚，采用井水，防止砂、石、水泥及水的溫度升高，要特別有效防止石子溫度升高，根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，石子溫度每降低1℃，混凝土拌和溫度可降低0.6℃，而降低沙子和水溫度1℃時(shí)，混凝土拌和溫度分別約可降0.2℃及0.13℃，而水泥降溫對混凝土拌和的溫度降低不明顯。三是采取降溫措施。

　　三、嚴(yán)格規(guī)范大體積混凝土施工管理

　　嚴(yán)格規(guī)范施工管理是防止大體積混凝土裂縫的重要保證。一要嚴(yán)格按照崗位職責(zé)的要求認(rèn)真組織施工，從原材料抓起，按照混凝土的選料規(guī)定和配合比拌和混凝土，特別是水灰比例應(yīng)控制在0.36以下，以防止因產(chǎn)生過大泌水現(xiàn)象而出現(xiàn)混凝土表面龜裂，充分?jǐn)嚢杈鶆蚍乐褂绊憙?nèi)部凝固，在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求下嚴(yán)格控制水泥用量及水泥中的堿含量量指標(biāo)。二要減少混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，減少混凝土的輸送距離，減少混凝土的轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，減少使用吊斗、推車等機(jī)械工具，最好采用混凝土輸送泵，最大限度降低太陽輻射時(shí)間。三要控制澆筑時(shí)間，加快施工進(jìn)度，減少混凝土在澆筑層面上暴露時(shí)間；采用分層澆筑，層厚最好取700~800㎜或者以構(gòu)造鋼筋的層數(shù)為澆筑的分層數(shù)，并盡可能把混凝土的流淌距離控制在13m以內(nèi)，防止?jié)仓娣e過大不利于覆蓋，應(yīng)確保澆筑施工的連續(xù)性，防止"等米下鍋"現(xiàn)象，更要防止因停電、機(jī)械故障等原因而造成的澆筑中斷現(xiàn)象。四要在混凝土施工后立即于模板外圈覆以草袋、麻袋、棉氈等保溫材料，并灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)的水溫與混凝土表面之間的溫差應(yīng)控制在22℃以內(nèi)，對于大面積的承臺(tái)表面在其四周砌三皮磚，承臺(tái)表面蓄水100㎜，并在其表面漂浮15~25㎜厚的笨板，養(yǎng)護(hù)的時(shí)間不允許少于14天。

　　(作者單位：西安市建筑設(shè)計(jì)研究院)