分析裂縫的原因

大體積混凝土結(jié)構(gòu)幾何尺寸厚，混凝土方量大，施工條件復(fù)雜（大部分位于地下），施工工藝相對(duì)較高。混凝土中的水泥在水化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的溫度變形。混凝土對(duì)最小橫截面和內(nèi)外溫差有相應(yīng)的規(guī)定，對(duì)混凝土平面尺寸有相應(yīng)的限制。混凝土平面尺寸越大，約束產(chǎn)生的溫度應(yīng)力越大；如果溫度應(yīng)力大于混凝土本身所能承受的抗拉強(qiáng)度極限承受的抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生有害裂縫。簡(jiǎn)單地說(shuō)，根據(jù)混凝土裂縫的深度，分為三種類型：穿透裂縫、深裂縫和表面裂縫。穿透裂縫是由外到內(nèi)截?cái)嘟Y(jié)構(gòu)形成的裂縫，嚴(yán)重危害混凝土結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性；深裂縫是混凝土裂縫局部截?cái)嘟Y(jié)構(gòu)的裂縫，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)也有一定的危害；表面裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一個(gè)常見(jiàn)且危害較小的因素。

1．水泥水化熱

在凝結(jié)過(guò)程中，混凝土的強(qiáng)度發(fā)展取決于其內(nèi)部水泥的水化反應(yīng)。水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱能稱為水化熱。水化熱主要集中在混凝土內(nèi)部，預(yù)計(jì)大體積混凝土的熱量將超過(guò)25度。對(duì)于大體積混凝土，橫截面寬度越大，水化熱越不易釋放，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度迅速升高。一般來(lái)說(shuō)，混凝土澆筑后的2d～4d在內(nèi)部，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度將達(dá)到最高峰，當(dāng)混凝土內(nèi)外的溫差達(dá)到最大值時(shí)，混凝土將產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力與溫差值成正比。溫差值越大，溫度應(yīng)力越大。當(dāng)混凝土的溫度應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，混凝土的溫度變形將轉(zhuǎn)化為溫度裂縫。

1．2內(nèi)外溫差

在混凝土施工過(guò)程中，外部環(huán)境氣候溫度的變化對(duì)大體積混凝土裂縫的形成有很大的影響。混凝土內(nèi)部溫度由澆筑溫度、水化熱和混凝土散熱溫度組成。外部溫度升高，混凝土澆筑溫度升高；外部溫度降低，混凝土澆筑溫度降低。當(dāng)外部溫度突然下降時(shí)，混凝土內(nèi)外溫差突然升高，產(chǎn)生溫差應(yīng)力，導(dǎo)致大體積混凝土裂縫。

1．混凝土收縮變形

混凝土中水泥的水化反應(yīng)約為20%混合水，剩余80%會(huì)蒸發(fā)，剩余水分的蒸發(fā)也會(huì)使混凝土收縮變形。如果這種收縮變形受到限制，大體積混凝土?xí)�因收縮變形而開(kāi)裂。

1．4約束變形

由于大體積混凝土與基礎(chǔ)密切接觸，早期混凝土溫度膨脹變形，由于基礎(chǔ)約束形成壓力應(yīng)力，混凝土抗壓強(qiáng)度高，彈性模量小，混凝土徐變和應(yīng)力松弛度大，混凝土結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)接觸不牢固，壓力應(yīng)力小，不易產(chǎn)生裂縫；但當(dāng)溫度下降時(shí)，混凝土?xí)�產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，如果超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度極限，混凝土?xí)�因約束變形而出現(xiàn)垂直裂縫。

2工程概況

總建筑面積約12.77萬(wàn)m2(其中地上約9.67萬(wàn)m2，地下約3.1萬(wàn)m2)，框剪結(jié)構(gòu)的高層住宅。其中31層2#、3#、5#、7#樓和33層的8#建筑物為沖孔灌注樁－筏板基礎(chǔ)；18層#、6#、9#樓和2層的16#、17#、18#筏板基礎(chǔ)是建筑物和單層地下室的連接體。建筑高度為9.80m～98.85m，地下部分為純地下室結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)總混凝土用量約2.5萬(wàn)m三、地下室底板厚度為0.5m～1.5m，電梯井局部厚度為2.85m～3.1m。

3施工部署

由于電梯井混凝土體積超大，地下室底板混凝土超長(zhǎng)，本工程使用800mm寬后澆帶將地下室分為27個(gè)區(qū)域，均采用預(yù)拌商品混凝土。

4.裂縫防治措施

從降低水化熱、溫度控制措施、改善約束、防止收縮、提高極限抗拉強(qiáng)度等方面，結(jié)合實(shí)際措施，有效防止有害裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。

4．1降低水化熱

(1)本工程選用低水化熱42.5#礦渣硅酸鹽水泥的制備強(qiáng)度等級(jí)為C30P8混凝土；根據(jù)試驗(yàn)，每加減10kg水泥的水化熱會(huì)相應(yīng)提高混凝土的溫度℃因此，可以充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，減少單位混凝土中的水泥用量。這兩種方法都可以直接減少水化熱的生產(chǎn)，有效防止大體積混凝土裂縫；(2)盡量選擇等級(jí)較好的粗細(xì)骨料，其中石材粒徑較大，降低砂石含泥量；加入緩凝劑、減水劑、粉煤灰等。，可以提高混凝土的和易性；降低水灰比，從而降低水泥用量，有效降低水化熱；(3)本工程混合混凝土?xí)r，10%復(fù)合纖維抗裂防水劑使密實(shí)混凝土具有抗裂防滲功能，補(bǔ)償收縮混凝土，降低混凝土溫度應(yīng)力，有效防止大體積混凝土裂縫；（4）本工程設(shè)置寬800mm地下室分為27個(gè)區(qū)域，避免混凝土平面尺寸過(guò)大，降低約束應(yīng)力和溫度應(yīng)力，有利于散熱，降低混凝土內(nèi)部溫度，防止大體積混凝土開(kāi)裂。

4．2控溫措施

（1）澆筑混凝土?xí)r，避免在炎熱或寒冷的天氣施工。夏季可用低溫水或冰水?dāng)嚢杌炷�土，或用冷空氣或冷水霧噴灑骨料進(jìn)行預(yù)冷，或覆蓋骨料或設(shè)置避陽(yáng)設(shè)施，避免陽(yáng)光直射。如果運(yùn)輸車輛有條件，也可以安裝遮陽(yáng)裝置，以降低混凝土的模具溫度；(2)混凝土模具進(jìn)入時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施改善模具內(nèi)的通風(fēng)，加快模具內(nèi)熱量的排放，防止混凝土產(chǎn)生有害裂縫；(3)混凝土澆筑后，做好混凝土保溫保濕維護(hù)，緩慢降溫，充分發(fā)揮徐變特性，降低溫度應(yīng)力；夏季避免暴露，注意保濕維護(hù)；冬季注意覆蓋保溫維護(hù)，避免混凝土內(nèi)外溫差聚變?cè)斐闪芽p；

（4）混凝土應(yīng)長(zhǎng)期維護(hù)，規(guī)定合理的拆卸時(shí)間，延緩冷卻時(shí)間和速度，充分發(fā)揮混凝土應(yīng)力松弛效應(yīng)，防止混凝土有害裂縫；（5）合理安排施工過(guò)程，控制混凝土澆筑過(guò)程中混凝土表面均勻上升，避免混凝土混合物堆積高差，結(jié)構(gòu)完成后及時(shí)回填土方，避免混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，避免混凝土有害裂縫；（6）項(xiàng)目建設(shè)單位委托第三方監(jiān)測(cè)大型混凝土溫度，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)管理，實(shí)施信息控制，隨時(shí)控制混凝土溫度變化，內(nèi)外溫差控制在25℃基頂面溫差和基底面溫差均控制在20℃及時(shí)調(diào)整保溫養(yǎng)護(hù)措施，防止混凝土溫度梯度和濕度過(guò)高，避免混凝土有害裂縫。

4．3.改善約束，防止收縮

(1)滑動(dòng)層設(shè)置在大體積混凝土基礎(chǔ)和基礎(chǔ)墊層之間，如平面鋪卷材、刷熱瀝青等。，本工程采用4mm厚SBS改性瀝青防水卷材可釋放約束應(yīng)力，防止混凝土收縮裂縫；（2）大體積混凝土分塊或分層澆筑，水平或垂直施工縫設(shè)置合理，施工后澆筑帶（工程分為27區(qū)）放松約束，減少各澆筑長(zhǎng)度的熱儲(chǔ)存，防止水熱積累，降低溫度應(yīng)力，避免混凝土收縮裂縫。

4．提高極限抗拉強(qiáng)度

（1）選擇等級(jí)良好的粗細(xì)骨料，嚴(yán)格控制泥漿含量，加強(qiáng)混凝土振動(dòng)，提高混凝土密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度，減少混凝土收縮裂縫，確保施工質(zhì)量，提高混凝土極限抗拉強(qiáng)度，避免有害裂縫；（2）混凝土在施工過(guò)程中采用二次給料法和二次振動(dòng)法，澆筑后立即排除表面積水，加強(qiáng)早期維護(hù)，提高混凝土早期或相應(yīng)年齡的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，避免有害裂縫；（3）在大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置必要的溫度鋼筋，在底部（頂部）板和墻壁的轉(zhuǎn)彎處，增加結(jié)構(gòu)截面的突變和轉(zhuǎn)彎處，增加孔角周圍的斜結(jié)構(gòu)鋼筋，提高集中應(yīng)力，提高混凝土極限抗拉強(qiáng)度，避免有害裂縫。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)混凝土水化熱、約束條件、外部溫度變化、收縮變形等因素的分析研究，總結(jié)出大體積混凝土可采取降低水化熱、溫度控制措施、改善約束、防止收縮、提高極限抗拉強(qiáng)度等施工措施，防治大體積混凝土有害裂縫。