王毅軍 湖南省有色地質(zhì)勘查局二四七隊

1 前言

建筑物的滲漏、破裂等問題往往是從裂縫開始演變的，所以普通老百姓看到裂縫通常會產(chǎn)生恐懼，認(rèn)為是施工不善導(dǎo)致的。這種觀點有些片面和武斷，其實裂縫產(chǎn)生的原因有很多。只有通過理性分析，才能判斷其根本原因和危害，并由此尋找到正確的控制和補(bǔ)救措施。

2 大體積混凝土裂縫控制的概念

國內(nèi)外諸多混凝土試驗表明，在放大鏡下，任何混凝土結(jié)構(gòu)中都會有裂縫，只是某些裂縫單憑肉眼無法察覺。換言之，混凝土中肯定有裂縫，沒有裂縫的混凝土是不存在的。對混凝土裂縫的控制就是在設(shè)計、材料、施工技術(shù)、后期養(yǎng)護(hù)等方面采取一定的措施來保障建筑物不產(chǎn)生有害的裂縫以防止建筑物破裂和滲透；裂縫控制就是控制裂縫的寬度在允許范圍值以內(nèi)。國內(nèi)外不同規(guī)范中允許的最大裂縫寬度略有不同，但相差不大：即常規(guī)環(huán)境裂縫寬度安全值是0.3mm以內(nèi)或0.4mm以內(nèi)；在輕腐蝕的環(huán)境中，安全值是0.2mm以內(nèi)或0.3mm以內(nèi)；在高腐蝕的環(huán)境中，安全值是0.1mm以內(nèi)或0.2mm以內(nèi)?？茖W(xué)的裂縫控制理念是：把裂縫的寬度控制在安全值以內(nèi)，過度控制裂縫會需要付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價。

3 大體積混凝土的定義及裂縫種類

3.1 大體積混凝土定義

大體積混凝土，英文是mass concrete，在《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50496—2018）中定義為混凝土結(jié)構(gòu)最小尺寸不小于1m的大體積混凝土，或由于混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而預(yù)計會引起有害裂縫的混凝土。

國際上，大體積混凝土在美國混凝土協(xié)會ACI 116R《水泥和混凝土術(shù)語》中被定義為：“任一混凝土體積大到要采取措施妥善處理水泥水化而產(chǎn)生的熱和伴隨的體積變化以使裂縫降至最小”。

簡單地說，大體積混凝土與一般混凝土最大的區(qū)別就是是否需要通過控制溫度和伸縮變形來控制裂縫。

3.2 大體積混凝土裂縫種類

裂縫按其開裂程度可分為表面裂縫，深層裂縫、貫穿裂縫三種；按后續(xù)演變狀態(tài)，裂縫有穩(wěn)固的和繼續(xù)發(fā)展的、有可逆轉(zhuǎn)的和不可逆轉(zhuǎn)的；按裂縫的形狀劃分，有斜裂的、橫裂的、爆裂狀和網(wǎng)裂狀的等；按形成的時間節(jié)點，可以分為混凝土硬化前形成的與硬化后形成的；根據(jù)裂縫成因，有因混凝土本身固定性變化或沉降、徐變、溫變所產(chǎn)生的變形裂縫和受動、靜荷載所產(chǎn)生的載荷裂縫。

圖1

4 大體積混凝土裂縫成因分析

大體積混凝土裂縫的原因可概括為設(shè)計因素、混凝土自身因素和施工因素。

（1）設(shè)計因素，指在設(shè)計時對荷載的預(yù)計不足或計算錯誤，且強(qiáng)度計算模型與結(jié)構(gòu)件的實際受力狀態(tài)不匹配的情況。

（2）混凝土特有的因素，即由于混凝土收縮造成的拉應(yīng)力大于其自身抗拉強(qiáng)度而引起的變形；混凝土特性的表象是穩(wěn)定性、強(qiáng)度、抗裂性等，內(nèi)因?qū)嶋H與混凝土的原料種類以及配比等息息相關(guān)。

（3）施工因素，是指施工過程中的施工工藝、溫度控制、維修和保養(yǎng)缺陷以及自然環(huán)境的改變所造成的裂縫。

5 控制大體積混凝土裂縫的措施

5.1 設(shè)計措施

（1）當(dāng)大體積混凝土尺寸過大時，可以設(shè)計后澆帶（注意補(bǔ)澆時間最好在40d之后），具體時長可根據(jù)溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)確定。

（2）設(shè)置滑動帶或緩沖層:由于邊界條件會產(chǎn)生應(yīng)力熱，因此在接觸表面設(shè)置滑動條或緩沖層與外部應(yīng)力接觸可以大大減少外部應(yīng)力。

（3）安裝加固鋼筋:在不同受力交叉點適當(dāng)設(shè)計加固鋼筋可防止因應(yīng)力產(chǎn)生的變形裂縫。

5.2 技術(shù)措施

（1）優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計：大體積混凝土配合比設(shè)計的主要目的是在滿足混凝土設(shè)計性能要求的前提下，通過科學(xué)計算，合理調(diào)整混凝土原材料的種類和用量來抑制溫度應(yīng)力所產(chǎn)生的裂縫。具體的的原則是降低水泥和水的用量，減少發(fā)熱總量或延緩發(fā)熱時長。

（2）選擇合適的水泥：應(yīng)選用發(fā)熱量少、凝結(jié)慢的水泥。低熱型、中熱型的硅酸鹽水泥滿足這個要求，礦渣、火山灰也較為合適。在選擇水泥的同時也要考慮其泌水性。

（3）選擇合適的骨料：骨料在混凝土中占比最大，所以骨料的選擇不僅影響混凝土的性能，還與經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)。大體積混凝土的骨料應(yīng)保持良好的級配連續(xù)性，盡量使用顆粒較大的粗骨料，但也應(yīng)控制顆粒直徑不要超過鋼筋最小間距的3/4；骨料硬度應(yīng)滿足設(shè)計要求，因骨料中的泥或腐蝕物質(zhì)對混凝土性能和鋼筋影響巨大，所以，骨料在使用前應(yīng)保持潔凈。

（4）選擇合適的外加劑和摻合料：混凝土外加劑種類繁多，起抑制裂縫作用的外加劑有緩凝型、減水型、引氣型等，多種外加劑組合使用的效果更佳，一般減水與緩凝組合，減水與引氣組合使用或緩凝與引氣組合使用；外加劑添加的量不大（一般控制在水泥用量的5%以內(nèi)），但效果顯著，抗裂外加劑與其他作用的外加劑一同使用，有利于混凝土性能的全面提升。粉煤灰是一種常用的摻和料，添加粉煤灰可以減少水泥用量，并在推遲凝結(jié)，改變放熱速率方面有較大作用，添加粉煤灰的作用不只是表現(xiàn)在增強(qiáng)混凝土的抗裂性能，其在改善泌水、離析、和易性方面也效果顯著?？梢哉f，現(xiàn)在設(shè)計一款性能優(yōu)越的混凝土都離不開使用外加劑和摻和料，所以各類技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中都推薦使用外加劑和摻和料。外加劑和摻和料的添加不僅需要充分考慮混凝土的性能要求、還要考慮自然環(huán)境狀況以及施工組織能力等外部因素。

（5）水：混凝土配合比設(shè)計中對水的用量有明確的規(guī)定，但施工時拌和水的質(zhì)量很容易被忽視，人們潛意識里認(rèn)為清澈的水就符合要求，殊不知，清澈的水中也有可能存在不明化學(xué)物質(zhì)或腐蝕物質(zhì)，其純凈程度不僅影響混凝土的抗裂性能，在混凝土強(qiáng)度、耐久性方面的影響更大，更有甚者對鋼筋造成腐蝕，影響構(gòu)造物的結(jié)構(gòu)安全。項目部配備的試驗室在水質(zhì)監(jiān)測方面一般有所欠缺，所以在城市或人口聚集區(qū)，推薦使用飲用水進(jìn)行拌和；在野外，在配合比設(shè)計前，宜提前將擬使用的拌和水進(jìn)行送檢，確保拌和水符合要求。

5.3 施工措施

5.3.1 材料、環(huán)境方面

混凝土材料的性能除滿足設(shè)計要求外，其澆筑時自身的溫度也應(yīng)引起重視。

在下雨天、或低于5℃以下的低溫天氣或冰雪、冰凍天氣是不宜進(jìn)行混凝土澆筑的，如情況特殊仍需施工，則應(yīng)搭建保溫棚或雨棚后再施工，在高寒地區(qū)，極端情況下可在室內(nèi)對原材料進(jìn)行加熱后再攪拌，但應(yīng)控制相關(guān)材料溫度在允許范圍值以內(nèi)（混凝土最終澆筑時的自身溫度控制在5℃～30℃為宜）。大體積混凝土施工前應(yīng)關(guān)注當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報，大風(fēng)天氣或氣溫驟降或驟升也易造成混凝土開裂，如遇突發(fā)大風(fēng)等情況，應(yīng)及時中止混凝土施工并用塑料膜進(jìn)行遮雨和保溫覆蓋，在中止施工時要妥善處理好施工縫的預(yù)留。高溫炎熱天氣或陽光暴曬時段也同樣不宜在露天下直接進(jìn)行大體積混凝土的施工，應(yīng)對水泥、砂石、攪拌設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行遮陽、澆水等降溫處理，特殊情況下可加入冰進(jìn)行冷卻后再攪拌，也可以在混凝土澆筑前在其內(nèi)部預(yù)留一定冷卻管道或后澆帶（混凝土最終澆筑時的自身溫度控制在5℃～30℃為宜）。

5.3.2 模板工程

大體積混凝土模板和支撐系統(tǒng)應(yīng)通過科學(xué)的計算和測試，確保不會因模板和支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生裂縫。

大體積混凝土因體積過大，混凝土穩(wěn)定時間較長，在實際施工過程中，在原標(biāo)準(zhǔn)上推遲拆除模板更為妥當(dāng)，具體推遲的時長可根據(jù)混凝土體積和強(qiáng)度確定。

5.3.3 混凝土澆筑方法

混凝土澆筑應(yīng)該連續(xù)有序地進(jìn)行，最好選用泵送的方式，對于非泵送的澆筑方式，應(yīng)妥善處理好接漿事宜。大體積混凝土泌水現(xiàn)象會在鋼筋或粗骨料周邊形成間隙或氣泡，會影響混凝土強(qiáng)度并在其內(nèi)部形成較多微裂縫，所以通常需要用振動棒進(jìn)行二次振搗施工，振搗時應(yīng)均勻流暢，避免過度和遺漏。為確保結(jié)構(gòu)的整體性，大體積混凝土的澆筑方式要根據(jù)其幾何形狀采取合理的分層澆筑方式或連續(xù)澆筑方式，分層澆筑的每層厚度一般控制在300mm～500mm，當(dāng)大體積混凝土中無鋼筋或少鋼筋時，在混凝土中放入一些尺寸和強(qiáng)度合適的干凈石塊，可有效減少水泥用量，降低水化熱。在混凝土澆筑完成后、尚未完全凝固前，在混凝土表面進(jìn)行多次壓力抹面處理，可以很大程度上防止表面收縮裂縫的產(chǎn)生。

5.3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在大體積混凝土的諸多成因中，溫度應(yīng)力所造成的裂縫占比最大。所以在混凝土澆筑、振搗完成后，通過養(yǎng)護(hù)控制混凝土內(nèi)外溫度是最簡單也是最經(jīng)濟(jì)的控制裂縫措施。其中及時覆土或在混凝土表面覆蓋塑料膜、土工布、再根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境輔以噴水養(yǎng)護(hù)是最常用的養(yǎng)護(hù)方案。養(yǎng)護(hù)方案中的關(guān)鍵點是溫度的記錄和反饋，一般來說，混凝土內(nèi)部溫度的曲線變化是可預(yù)計的，但外部環(huán)境具有多變性，養(yǎng)護(hù)的方式和頻率要根據(jù)溫度的記錄情況實時變動，不能機(jī)械地按固定頻率執(zhí)行養(yǎng)護(hù)工作。

6 結(jié)束語

通過對大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的系統(tǒng)分析，了解到裂縫產(chǎn)生的原因不只存在于施工過程中，還與設(shè)計、材料、環(huán)境等息息相關(guān)；也應(yīng)理性地看待結(jié)構(gòu)物裂縫這一常見現(xiàn)象，不必過于恐懼。工程質(zhì)量管理是一個系統(tǒng)性的工作，任何一個環(huán)節(jié)都很重要，以科學(xué)理論為指導(dǎo)、遵守嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，輔以先進(jìn)的技術(shù)、抱以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，工程質(zhì)量必將穩(wěn)步提升。