混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，當(dāng)混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微孔隙、氣穴和微裂縫就會(huì)不斷擴(kuò)展和連通，最終形成肉眼可見的宏觀裂縫，也就是混凝土工程中常說(shuō)的裂縫�；炷两ㄖ蜆�(gòu)件通常都是帶縫工作的，裂縫的存在和發(fā)展通常會(huì)使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴(yán)重者將會(huì)威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。在我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展的今天，各類建筑對(duì)大體積混凝土的需求也越來(lái)越多，分析大體積混凝土裂縫的成因及找到解決裂縫控制的方法是非常必要的。
一、大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的成因
1.1水泥水化熱水泥在水化過(guò)程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對(duì)較小，所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無(wú)法及時(shí)散發(fā)出去，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大。單位時(shí)間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān)，并隨混凝土的齡期而增長(zhǎng)。由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，實(shí)際上內(nèi)部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3-5天。
1.2外界氣溫變化大大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對(duì)大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。同時(shí)，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達(dá)60-65或者更高，并且有較長(zhǎng)的延續(xù)時(shí)間。因此，應(yīng)采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。
1.3表面水分蒸發(fā)快混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必須的，而約80%的水分要蒸發(fā)。多余水分的蒸發(fā)會(huì)引起混凝土體積的收縮�；炷潦湛s的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復(fù)膨脹并幾乎達(dá)到原有的體積。干濕交替會(huì)引起混凝土體積的交替變化，這對(duì)混凝土是很不利的。當(dāng)混凝土表面的濕度不能及時(shí)、適量得到供給時(shí)，就容易產(chǎn)生干縮裂縫。影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝(特別是養(yǎng)護(hù)條件)等。
1.4其他因素的影響建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降也會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫會(huì)隨著基礎(chǔ)的沉降而不斷的增大，待地基下沉穩(wěn)定后，將不會(huì)變化。混凝土配合比不良會(huì)造成混凝土塑性沉降裂縫。一般是在混凝土配合比中，粗骨料級(jí)配不連續(xù)、數(shù)量不夠，砂率及水灰比不當(dāng)所造成的裂縫。水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生裂縫。
二、控制大體積混凝土裂縫的主要措施
2.1提高混凝土結(jié)構(gòu)自身抗裂強(qiáng)度
2.1.1配溫度筋對(duì)于厚度大于1m基礎(chǔ)底板四周的側(cè)邊，由于混凝土四周的側(cè)邊只有錨固鋼筋而無(wú)水平鋼筋(或少量水平構(gòu)造鋼筋)，如果側(cè)向模板拆除時(shí)間設(shè)置不合理，混凝土的表面因干縮或溫差原因而產(chǎn)生豎向裂縫。為防止豎向裂縫的產(chǎn)生，可在基礎(chǔ)側(cè)邊四周密配小直徑抗裂溫度筋，來(lái)增加結(jié)構(gòu)表面的自身抗裂強(qiáng)度，以達(dá)到表面抗裂的目的。對(duì)于地下室的混凝土外墻，如果水平筋配置不合理，也會(huì)在外墻表面產(chǎn)生豎向裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)本身的安全性和防水性能帶來(lái)不利影響。經(jīng)實(shí)踐證明，當(dāng)?shù)叵率彝鈮Φ乃浇钆渲迷谪Q向筋的外側(cè)時(shí)，且水平筋的間距<100mm時(shí)，混凝土表面的豎向裂縫大為減少或幾乎為零。
2.1.2摻膨脹劑在混凝土中摻入膨脹劑，使混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生體積膨脹，可以部分或全部補(bǔ)償硬化過(guò)程中的冷縮和干縮，減免混凝土的開裂。現(xiàn)在商品膨脹劑有UEA膨脹劑，F(xiàn)H復(fù)合膨脹劑，PG硫鋁酸鹽型膨脹劑等。
2.2減少混凝土自身熱量釋放減少混凝土自身放熱能力，使混凝土的內(nèi)部升溫減緩，是控制混凝土裂縫的重要途徑。
2.2.1選用低熱水泥理論研究表明大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過(guò)程中釋放了大量的熱量。因此在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。
2.2.2合理?yè)郊油饧觿┖蛽胶狭蠐郊泳哂袦p水、緩凝、引氣的泵送劑，可以改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、粘聚性和保水性。由于其減水作用和分散作用，在降低用水量和提高強(qiáng)度的同時(shí)，還可以降低水化熱，推遲放熱高峰出現(xiàn)的時(shí)間，進(jìn)而減少溫度裂縫。
2.3加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)實(shí)踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是混凝土內(nèi)外溫度差造成的。因此說(shuō)混凝土的保溫對(duì)防止表面早期裂縫尤其重要。
從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā)，保溫應(yīng)達(dá)到下述要求:
(1)防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫，內(nèi)外溫差一般控制在25!以內(nèi)。
(2)防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。
(3)確保混凝土澆筑的連續(xù)性，防止老混凝土過(guò)冷，以減少新老混凝土間的約束。
混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達(dá)到兩個(gè)方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮;另一方面也使水泥水化作用順利進(jìn)行，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的，混凝上的保溫措施常常也有保濕的效果。從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余，但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化。表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響，因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期，在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來(lái)。內(nèi)部限制主要是內(nèi)外溫差過(guò)大造成的，解決的方法是加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)，控制內(nèi)外溫差，降低溫速率，保證濕度。目前大體積混凝土尤其是大底板施工基本都使用電腦測(cè)溫技術(shù)，此技術(shù)是將電子測(cè)溫儀(熱敏傳感器)按不同深度埋入混凝土中，利用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集器通過(guò)專用數(shù)據(jù)及電源傳輸線與辦公室內(nèi)的數(shù)據(jù)適配器相連，再把數(shù)據(jù)適配器與電腦連接，使用大體積混凝土智能測(cè)溫系統(tǒng)軟件就可以適時(shí)獲取混凝土澆筑以后不同深度的溫差變化。為及時(shí)掌握混凝土內(nèi)表溫差及對(duì)混凝土在低溫環(huán)境下的養(yǎng)護(hù)，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)�；炷琉B(yǎng)護(hù)通常采用覆蓋法。覆蓋法就是在混凝土澆筑完畢后，先用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋，以保證混凝土表面水分不過(guò)分蒸發(fā)、失水過(guò)快;然后在塑料薄膜上覆蓋保溫材料(通常使用草袋)，草袋覆蓋厚度應(yīng)通過(guò)理論計(jì)算，確保熱量損失控制在有效范圍內(nèi);然后根據(jù)電腦溫測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)人工方式對(duì)溫降進(jìn)行控制。在天氣炎熱的情況下澆筑，也可在混凝土中埋設(shè)循環(huán)水管，通過(guò)循環(huán)水對(duì)混凝土進(jìn)行降溫。一般循環(huán)水管采用!25鍍鋅鋼管，按1.5m的間距設(shè)置，在水循環(huán)過(guò)程中應(yīng)控制水溫，避免混凝土內(nèi)部局部溫降過(guò)快使混凝土過(guò)早產(chǎn)生內(nèi)部裂縫。
三、大體積混凝土裂縫的處理方法
裂縫的出現(xiàn)不但會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，還會(huì)引起鋼筋的銹蝕，加速混凝土的碳化，降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗?jié)B能力。因此根據(jù)裂縫的性質(zhì)和具體情況要區(qū)別對(duì)待，及時(shí)處理，以保證建筑物的安全使用。混凝土裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下方法:表面修補(bǔ)法，灌漿、嵌縫封堵法，結(jié)構(gòu)加固法，混凝土置換法，電化學(xué)防護(hù)法以及仿生自愈合法。
3.1表面修補(bǔ)法表面修補(bǔ)法是一種簡(jiǎn)單、常見的修補(bǔ)方法，它主要適用于穩(wěn)定和對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進(jìn)裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護(hù)的同時(shí)為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂，通�？梢圆捎迷诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布等措施。
3.2灌漿、嵌縫封堵法灌漿法主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)，它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結(jié)材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學(xué)材料。嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達(dá)到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。
3.3結(jié)構(gòu)加固法當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時(shí)，就要考慮采取加固法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。結(jié)構(gòu)加固中常用的主要有以下方法:加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面積，在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固。
3.4混凝土置換法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。
3.5電化學(xué)防護(hù)法電化學(xué)防護(hù)法是利用施加電場(chǎng)在介質(zhì)中的電化學(xué)作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)，鈍化鋼筋，以達(dá)到防腐的目的。陰極防護(hù)法、氯鹽提取法、堿性復(fù)原法是電化學(xué)防護(hù)法中常用而有效的3種方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是防護(hù)方法受環(huán)境因素的影響較小，適于鋼筋、混凝土的長(zhǎng)期防腐，既可用于已裂結(jié)構(gòu)也可用于新建結(jié)構(gòu)。
3.6仿生自愈合法仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對(duì)受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能，在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分(如含黏結(jié)劑的液芯纖維或膠囊)，在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)分泌出部分液芯纖維，可使裂縫重新愈合。
四、總結(jié)
對(duì)于混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，為此需要精心設(shè)計(jì)、施工，掌握住它的基本知識(shí)，并根據(jù)實(shí)際采取有校措施，會(huì)使施工質(zhì)量得到很好的保證。以上各項(xiàng)技術(shù)措施并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的，設(shè)計(jì)和施工中必須結(jié)合實(shí)際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。實(shí)踐證明，在優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，改善施工工藝，提高施工質(zhì)量，做好溫度監(jiān)測(cè)工作及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等方面采取有效技術(shù)措施，堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理，完全可以控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發(fā)生。
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