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)的應力狀態(tài)具有很大的影響，甚至會導致嚴重的質(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，已成為設計施工中的一個重要課題。

　　結(jié)合工程結(jié)構(gòu)設計和施工現(xiàn)場服務的實踐，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)設計中鋼筋的配筋率與混凝土的體型失衡

　　在建筑結(jié)構(gòu)的設計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，一旦鋼筋設計不平衡，布置不均勻，直徑不合適，就會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，將直接導致混凝土的開裂。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，當混凝土收縮時，鋼筋不能同步收縮，從而導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，所受到的拉應力也不同，鋼筋產(chǎn)生的約束應力也不相同，從而使混凝土內(nèi)部的拉應力有了很大區(qū)別，最終也將導致混凝土結(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號混凝土，水泥用量大，水泥熟化時放出的熱量高；加之體積龐大，澆筑時一般較快，不易散熱；如遇夏季高溫天氣下施工時大量熱量倒灌。混凝土內(nèi)部的水泥水化熱的絕熱溫度，混凝土的澆筑溫度（出機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，導致混凝土的中心溫度往往高于50℃，有時可能高達70~80℃左右。隨著溫度的變化，混凝土內(nèi)部的溫度應力也發(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，因為水泥水化放出大量的水化熱，引起溫度場的變化，而產(chǎn)生早期應力。當混凝土內(nèi)部溫度達到峰值后開始下降，引起溫度場的再次變化，產(chǎn)生中期應力并與早期應力疊加，此時混凝土極易產(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是體積龐大，強度等級要求較高，施工周期長，施工管理復雜，工序前后相互關(guān)聯(lián)性強，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，應采取的主要應對控制措施是：

　　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計中 ，不僅要考慮結(jié)構(gòu)的外荷載，還應考慮混凝土的收縮應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)設計中，要采用平衡配筋方式，對于總拉應力大、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增加配筋率，以增大抗拉強度；對于高溫區(qū)的鋼筋與混凝土的膨脹系數(shù)差異較大時，采用降低配筋率的方式，來減少混凝土的差異應力。二是在大體積混凝土結(jié)構(gòu)設計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力集中現(xiàn)象發(fā)生。如無法避免時，應將剛度差異過渡區(qū)設置在約束應力比較大的構(gòu)件底部，并在過渡部分的頂部設置抗裂的構(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，在三向應力作用下，增強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、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。四是要在設計中準確把握好裂控配筋的三個基本點：鋼筋應力、混凝土與鋼筋的粘結(jié)應力和混凝土的抗拉強度。鋼筋應力直接制約裂縫寬度，控制好鋼筋應力的大小，能有效控制裂縫寬度；粘結(jié)應力制約裂縫兩側(cè)的傳力長度，進而制約裂縫平均間距和裂縫平均寬度；混凝土的抗拉強度高可推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)。

　　二、嚴密控制混凝土施工的溫度

　　在施工中要采取切實可行的降溫、保溫措施，有效控制混凝土溫度。首先在施工時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)，則應在高溫季節(jié)的低溫時間施工，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溫度，在料場設置保溫棚，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，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，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、嚴格規(guī)范大體積混凝土施工管理

　　嚴格規(guī)范施工管理是防止大體積混凝土裂縫的重要保證。一要嚴格按照崗位職責的要求認真組織施工，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，充分攪拌均勻防止影響內(nèi)部凝固，在滿足設計強度的要求下嚴格控制水泥用量及水泥中的堿含量量指標。二要減少混凝土的運輸時間，減少混凝土的輸送距離，減少混凝土的轉(zhuǎn)運次數(shù)，減少使用吊斗、推車等機械工具，最好采用混凝土輸送泵，最大限度降低太陽輻射時間。三要控制澆筑時間，加快施工進度，減少混凝土在澆筑層面上暴露時間；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，養(yǎng)護的水溫與混凝土表面之間的溫差應控制在22℃以內(nèi)，對于大面積的承臺表面在其四周砌三皮磚，承臺表面蓄水100㎜，并在其表面漂浮15~25㎜厚的笨板，養(yǎng)護的時間不允許少于14天。

　　(作者單位：西安市建筑設計研究院)