【內容提要】混凝土結構在建設和使用過程中出現不同程度、不同形式的裂縫，這是一個相當普遍的現象。本文介紹了大體積混凝土結構裂縫的概念、原因、類型以及裂縫的防治措施。
　　【關鍵字】大體積混凝土，大體積混凝土裂，裂縫預防措施
　　1.大體積混凝土簡述
　　現代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工,如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。
　　它主要的特點就是體積大：混凝土澆注量大于100平方米；長、寬、高任意一邊不小于1米。
　　大體積混凝土水泥水化熱釋放比較集中，內部溫升比較快。混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度裂縫。其他因素也會導致大體積混凝土出現裂縫，影響結構安全和正常使用。所以必須從根本上分析它，來保證施工的質量。
　　2.大體積混凝土結構裂縫的概念
　　混凝土結構在建設和使用過程中出現不同程度、不同形式的裂縫，這是一個相當普遍的現象。大體積混凝土結構出現裂縫更普遍。在全國調查的高層建筑地下結構中，底板出現裂縫的現象占調查總數的20％左右，地下室的外墻混凝土出現裂縫的現象占調查總數的80％左右。所以，混凝土結構的裂縫是建筑工程長期困擾的一個技術難題，一直未能很好地解決。
　　國內外工程技術界都認為，規定鋼筋混凝土結構的最大裂縫寬度主要是為了保證鋼筋不產生銹蝕。不同的規范中有關允許最大裂縫寬度的規定雖不完全一致，但基本相同。如在正常的空氣環境中裂縫允許寬度為0．3～0．4mm；在輕微腐蝕介質中，裂縫允許寬度為0．2～0．3mm；在嚴重腐蝕介質中，裂縫允許寬度為0．1～0．2mm。但對建筑物的抗裂縫要求過嚴，必將付出巨大的經濟代價。科學的要求是將其有害程度控制在允許范圍之內。根據國內外的調查資料，工程實踐中結構物的裂縫原因，屬于由變形變化(溫度、濕度、地基變形)引起的約占80％以上，屬于荷載引起的約占20％左右。
　　在大體積混凝土工程施上中，由于水泥水化熱引起混凝土澆筑內部溫度和溫度應力劇烈變化，從而導致混凝土發生裂縫。因此，控制混凝土澆筑塊體因水化熱引起的溫升、混凝土澆筑塊體的內外溫差及降溫速度，防止混凝土出現有害的溫度裂縫(包括混凝土收縮)是其施工技術的關鍵問題。
　　3.大體積混凝土裂縫的原因
　　大體積混凝土結構裂縫的發生是由多種因素引起的。各類裂縫產生的主要影響因素有幾種：一是結構型裂縫，由外荷載引起的。二是材料型裂縫，主要由溫度應力和混凝土的收縮引起的。
　　4.大體積混凝土裂縫的主要類型
　　4.1干縮裂縫
　　干縮裂縫多出現在混凝土養護結束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發會產生干縮，且這種收縮是不可逆的。
　　干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，產生較大拉應力而產生裂縫。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產生。
　　干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網狀淺細裂縫，寬度多在0.05~0.2mm之間，大體積混凝土中平面部位多見，較薄的梁板中多沿其短向分布。
　　干縮裂縫通常會影響混凝土的抗滲性，引起鋼筋的銹蝕影響混凝土的耐久性，在水壓力的作用下會產生水力劈裂影響混凝土的承載力等等。
　　混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。
　　4.2塑性收縮裂縫
　　混凝土塑性收縮裂縫形成過程與混凝土的泌水有關。
　　泌水是指混凝土澆筑搗實后尚未凝結硬化之前，從外表看在混凝土的澆筑面上山現一層清水或者從模扳縫中滲出部分水的一種現象。這是因為水在混凝土拌合物各組分中密度最小。當混凝土成型后的靜止過程中，部分密度較大的固體顆粒向下沉積，而水則只能向上浮動，一部分水泌出到混凝土的外表面，稱為外泌水。另一部分被截留在鋼筋及粗骨料的下面形成水囊，水分蒸發后產生孔隙及界面裂縫，從而降低了鋼筋與混凝土之間的粘結強度以及水泥石與骨料之間的界面強度，致使混凝土的抗凍、抗滲和抗腐蝕能力減弱，抗壓抗折強度降低，這部分水稱為內泌水。只有當水泥水化產生的膠結強度足以阻止固體顆粒相對運動或者各種固體顆粒經過遷移已達到緊密堆積狀態時，沉積相對停止，泌水才告結束。泌水使混凝土的體積縮小，促成了混凝土塑性裂縫的產生。
　　混凝土塑性收縮裂縫不僅會影響混凝土構件的外觀質量，更重要的是會造成混凝土防水性能下降、鋼筋容易銹蝕等不良后果，影響混凝土結構的使用年限，關于這一點應在設計和施工過程中給予充分的重視。
　　塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現，裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一，互不連貫狀態。常發生在混凝土板或比表面積較大的墻面上，較短的裂縫一般長20～30cm，較長的裂縫可達2～3ｍ，寬1～5mm。從外觀分為無規則網絡狀和稍有規則的斜紋狀或反映出混凝土布筋情況和混凝土構件截面變化等規則的形狀，深度一般3～10cm。它與塑性沉降裂縫相比，貫穿整個混凝土板的裂縫是極少的，而且塑性收縮裂縫通常延伸不到混凝土板的邊緣。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等等。
　　4.3沉陷裂縫
　　沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致。或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致。特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產生不均勻沉降，致使混凝土結構產生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關。一般沿與地面垂直或呈30～45°角方向發展。較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩定。
　　4.4溫度裂縫
　　溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土澆筑后,在硬化過程中,水泥水化產生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發，導致內部溫度急劇上升。而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外的較大溫差。較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會導致混凝土表面溫度急劇下降，而產生收縮。表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束，將產生很大的拉應力而產生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產生。
　　溫度裂縫的走向通常無一定規律。大面積結構裂縫常縱橫交錯；梁板類長度尺寸較大的結構，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯：冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細，而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。
　　5.裂縫的防治措施
　　5.1設計措施
　　1.精心設計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設計準則，生產出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。
　　2.增配構造筋提高抗裂性能。配筋應采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應在0.3-0.5%之間。
　　3.避免結構突變產生應力集中，在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。
　　4.在易裂的邊緣部位設置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。
　　5.在結構設計中應充分考慮施工時的氣候特征，合理設置后澆縫，保留時間一般不小于60天。如不能預測施工時的具體條件，也可臨時根據具體情況作設計變更。
　　5.2施工措施
　　1.嚴格控制骨料級配和合泥量
　　選用10.40mm連續級配碎石(其中10.30mm級配含量65％左右)，細度模數2.80-3.00的中砂(通過0．315n凹篩孔的砂不少于15％，砂率控制在40％-45％)。砂、石含泥量控制在1％以內，并不得混有有機質等雜物，杜絕使用海砂。
　　2.選擇適當外加劑
　　可根據設計要求，混凝土中摻加一定用量外加劑，如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等外加劑。外加劑中糖鈣能提高混凝土的和易性，使用水量減少20％左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延長到5h左右。
　　3.選擇優化配合比
　　選用良好級配的骨料，嚴格控制砂石質量，降低水灰比，并在混凝土中摻加粉煤灰和外加劑等，以降低水泥用量，減少水化熱，以降低混凝土溫升，從而可以降低混凝土所受的拉應力。
　　4.采用切實可行的施工工藝
　　根據泵送大體積混凝土的特點，采用“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序推進，一次到頂”的方法。這種自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能較好地適應泵送工藝，避免混凝土輸送管道經常拆除、沖洗和接長，從而提高泵送效率，簡化混凝土的泌水處理，保證上下層混凝土澆筑間隔不超過初凝時間。根據混凝土泵送時自然形成一個坡度的實際情況，在每個澆筑帶的前后布置兩道振動器，第一道布置在混凝土出料口，主要解決上部混凝土的振實；由于底層鋼筋間距較密，第二道布置在混凝土坡腳處，以確保下部混凝土密實。隨著澆筑的推進，振動器也相應跟上，以確保整個高度上混凝土的質量。由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚，故澆筑結束后須在初凝前用鐵滾筒碾壓數遍，打磨壓實，以閉合混凝土的收水裂縫。
　　5.嚴格控制混凝土入模溫度
　　大體積混凝土最好選在春秋季施工，以降低入模溫度，既是在夏季施工最好采取有效措施降低入模溫度，再者澆筑混凝土時最好不要讓混凝土在太陽下直接爆曬。施工過程中應對碎石灑水降溫，保證水泥庫通風良好，自來水預可先放入地下蓄水池中降溫。
　　6.加適當預埋件
　　在混凝土易裂縫部位埋設應力應變傳感片，直接測試拉應力，以便更直接控制混凝土（調節保溫保濕養護條件，保證溫度梯度），確保混凝土不出現裂縫。在基礎面筋上加設鐵絲網或小直徑鋼筋網，以提高混凝土表面抗裂性（中間溫度筋可去掉）。如3.0m厚承臺設計時，在承臺中間設置了墊20＠2肋水平抗縮鋼筋網片。采用“水平分層間隙”施工方法，分兩層進行澆筑，間隙時間7d以上，分層厚度各1.5m，抗縮鋼筋網設置在下層1.5m的上表面。在工期允許的情況下，這種施工方法可降低內部最高溫升、減少人力、材料及機械設備的投入。
　　7.改進施工技術
　　施工時加強插筋位置的振搗、抹壓、養護。由于鋼筋是熱的良導體，易產生大的溫度梯度，這是裂縫產生的一個主要環節。同時加強初凝前的抹壓，以消除初期裂縫，并加強早期養護，提高混凝土抗拉強度。
　　8.加強混凝土澆筑后的養護
　　混凝土澆筑后，應盡快回填土--土是混凝土最好的養護材料之一。目前這是混凝土保溫保濕養護的最有效方法，對預防裂縫是非常有益的。如采用蓄水法保溫養護，在混凝土施工期間可通入冷卻循環水，以便加快承臺內部熱量的散發。如采用內散外蓄綜合養護措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養護周期，對于超厚大體積混凝土施工尤其適用。
　　9.加強技術管理
　　加強原材料的檢驗、試驗工作。施工中嚴格按照方案及交底的要求指導施工，明確分工，責任到人。加強計量監測工作，定時檢查并做好詳細記錄，認真對待澆筑過程中可能出現的冷縫，并采取措施加以杜絕。在變截面施工前，一定要加強預測，并保證預測的科學性。同時在實施過程中，要切實落實施工方案。
　　10.加強混凝土的測溫工作
　　為及時掌握混凝土內部溫升與表面溫度的變化值，在承臺內埋沒若干個測溫點，采用L形布置，每個測溫點埋設溫管2根01根管底埋置于承臺混凝土的中心位置，測量混凝土中心的最高溫升，另一根管底距承臺上表面100mm，測量混凝土的表面溫度，測溫管均露出混凝土表面100mm。用100的紅色水銀溫度計測溫，以方便讀數。第l-5d每2h測溫1次，第6d后每4h測溫1次，測至溫度穩定為止。從已有施工經驗的測溫情況看，混凝土內部溫升的高峰值一般在3.5d內產生，3d內溫度可上升到或接近最大溫升，內外溫差值在20℃左右，控制在規范規定范圍內，未發現異常現象。
　　6.結束語
　　綜上可以看到，混凝土的裂縫的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性。
　　因此，緊抓施工環節，嚴格施工過程的管理非常重要，只有在施工過程中嚴格控制才能確保工程質量。
　　參考文獻：
　　[1]《大體積混凝土溫度應力于溫度控制》朱伯芳中國電力出版社
　　[2]《建筑物的裂縫控制》王鐵夢上海科學技術出版社