大体积混凝土浇筑裂缝成因与解决方案.pdf

101石材2023年11期SHICAI安全施二大体积混凝土浇筑裂缝成因与解决方案张哲（宁夏建工集团有限公司，宁夏银川7 50 0 0 0）摘要：本文介绍了大体积砼浇筑中裂缝产生的原因以及相应的解决方案。通过合理的设计、施工和维护，可以有效地避免裂缝的产生和扩展，从而提高砼结构的耐久性和可靠性。关键词：温度应力；大体积砼结构；裂缝1大体积砼浇筑裂缝的危害长期的工程实践证明，大体积砼结构中裂缝是不可避免的，而裂缝会对砼结构物产生不同程度的危害。第一，大体积砼浇筑裂缝会降低砼结构的承载力。根据赫兹伯格原理和材料力学理论，砼强度随着裂缝数量的增加而降低。此外，砼浇筑裂缝还将导致结构的性能下降，从而影响其正常使用功能，进一步影响该建筑物的稳定性和安全性。裂缝的存在还会在一定程度上降低砼结构的耐久性，使之更容易遭受气候的侵蚀和化学腐蚀等破坏。第二，大体积砼浇筑裂缝还会加速砼结构老化。砼材料受到环境、荷载和时间等因素的影响，在长期使用过程中会逐渐出现龟裂、脱落和锈蚀等老化现象。这些老化现象往往是大体积砼结构产生裂缝的主要原因，此时裂缝将破坏砼结构的完整性，导致其物理性能以及力学性能下降。据统计，大体积砼结构中的裂缝如果达到0.1%以上，其寿命就会明显下降。第三，大体积砼浇筑裂缝还会影响砼结构的整体美观度。建筑外墙、地板、天花板等重要装饰部位，裂缝的存在不仅会影响结构的美观度，更可能使裂缝加速扩张，直接影响建筑的使用寿命和安全性。2大体积砼浇筑裂缝形成机理大体积砼浇筑裂缝的形成原因主要包括自身因素以及其他因素。自身因素方面，裂缝的产生是由于大体积砼浇筑所使用的原料中水泥用量比普通砼高，截面尺寸也更大，导致砼结构内部与外表之间的距离较长，从而限制了构件内部热能散发，引起温度应力收缩。其他方面主要有两种情况，一是结构设计缺乏合理性，二是外部环境因素作用，例如气温变化，导致砼结构受到温差的影响而产生不良的裂缝。2.1石砼原料的影响2.1.1砼浇筑过程中体积变化的影响砼在物理作用下会经历形变过程，且此类形变具有一定的随机性。此外，在化学作用的影响下，大体积砼结构更容易受到侵蚀，从而发生形变。这种变化是随材料和外界环境的变化而变化的。如果砼没有加人抗渗材料，那么其抗渗性能将无法满足施工需求。许多具有侵蚀性和高渗透性的溶液很容易进入砼结构内部，导致其整体质量下降。实际上，在砼结构成形过程中，砼原料的体积变化会经历三个阶段 2 。第一个阶段是初凝期，第二个阶段是从初凝期到终凝期，最后一个阶段为养护期，三个阶段砼结构的体积均会发生变化。2.1.2名各种收缩对砼结构的影响（1）干燥收缩。干燥收缩是指砼硬化后受到干燥或者外界高温的影响，其内部水分不断蒸发流失，由内而外变干燥的现象。干燥收缩会使得砼产生微小的裂缝，严重影响砼结构的稳定性。为了尽可能减少干燥收缩带来的影响，可以采取以下措施：一是合理控制水胶比，以减少砼的总含水量；二是添加适量的骨料，以增加砼内部的微孔结构，从而降低干燥收缩引起的内应力。（2）自收缩。自收缩是指砼在硬化过程中由于水泥胶体本身的收缩和粒料与水泥胶体之间的强度引起的收缩现象。自收缩对砼结构的影响主要有以下两点：第一，会导致砼内部应力增加，从而产生裂缝。第二，会造成砼的变形，从而影响结构的整体形态。为了最大程度地减少自收缩的影响，可以采取以下措施：一是控制砼的水胶比，避免砼内部自由水分过多；二是采用合适的矿物掺合料，如硅粉、粉煤灰等，以有效减缓水泥的收缩速率。（3）塑性作者简介：张哲（19 9 0 一），男，汉，工程师。研究方向为施工技术、施工管理102STONE2023 No.11STONE安全施二石材收缩。塑性收缩是指砼在施工过程中，由于内部自由水分的流失和颗粒间相对移动所引起的收缩现象。高强砼的水胶比低，自由水分少，矿物细掺合料对水有更高的敏感性，高强砼基本不泌水，表面失水更快，所以高强砼塑性收缩比普通砼更容易产生。塑性收缩会导致砼内部应力增加，从而影响砼结构的稳定性。为了尽可能减少塑性收缩，可以采取以下措施：一是调整砼的配合比，以达到最佳的流动性和可塑性；二是通过控制作业温度和加强养护等办法，以减少塑性收缩的产生。（4）化学收缩。化学收缩是指砼在硬化过程中，由于水泥内部发生化学反应导致体积收缩的现象。化学收缩虽然会对砼结构造成一定的影响，但由于其体积收缩的速度较慢，因此不会对砼结构的整体稳定性产生太大的影响 3 。为了保证砼结构的质量，可以在施工过程中遵循相应的规范要求，在砼配合中添加一定量的缓凝剂或掺合料，以减缓水泥的化学反应速度。（5）温度收缩。温度收缩是指砼在硬化过程中由于温度变化所引起的体积收缩现象。温度收缩与砼中的水含量、材料性质等因素有关，其影响与干燥收缩相似。为了最大限度地减少温度收缩的影响，可以对砼采用间接加热或降温方式，尽可能避免砼温度快速变化，并调整砼配合比，增加砼内部细小孔隙的数量，以降低水泥内部的收缩速率。2.2其他因素对砼浇筑裂缝的影响砼结构内分子发生位移时，受到的约束会对其运动造成阻碍。这里的“约束”是指各种限制条件和制约因素。其中，“内约束”是指结构内部分子之间相互制约，“外约束”则是指外部结构对本结构的制约。由于这些约束的存在，砼结构内部产生应力，导致砼结构发生变形。例如，当砼结构受到热胀冷缩等外部因素的作用时，由于内部分子间的约束作用，其内部就会产生应力，从而导致结构的变形。为了计算大体积砼结构的变形量，相关研究人员需要考虑温差的变化以及砼的线性膨胀系数。需要注意的是，该计算公式只适用于全约束存在的情况下，也就是所有的约束都未失效，否则计算结果就无法准确反应砼的变形情况。其计算公式为：8=T (1)公式（1）中，代表砼在温度收缩状态下的相对变形量，T代表施工现场温度变化差值，常量代表线性膨胀系数。当大于砼结构极限拉伸值，则其表面会出现裂隙。需要注意的是，由于砼结构存在徐变。因此，当昼夜温度差超过3 0，其变形量会低于极限拉伸值。3大体积砼浇筑裂缝防治措施3.1买采用分层分段浇筑法大体积砼是一种特殊的建筑材料，在工程中应用广泛。但是由于大体积砼施工和养护的难度较大，因此容易导致砼裂缝问题 4 。为了解决这个问题，工程师们经过多年实践和研究，提出了分层分段浇筑法（LBL）。施工中是将大体积砼的施工过程分为若干个层次，通过在每个层次中浇注一定量的砼，逐步构建整个结构。具体来说主要包括以下几个步骤：（1）制定施工计划：首先需要根据工程的实际情况，制定合理的施工计划。施工计划需要考虑到砼的流动性、浇筑厚度、各层之间的接茬处理等因素。（2）准备施工现场：在施工现场搭建脚手架和支撑结构，以便在浇筑每层砼时保持稳定。同时需要制作好钢筋网和钢筋笼，以确保砼结构的强度。（3）浇筑第一层砼：在施工现场，先浇筑一个相对较小的砼块，用来作为整个结构的底部基础。第一层中应尽量减少缝隙，并利用适当的振捣方式确保砼的质量。（4）按照方案要求分层浇筑：随后，根据方案要求，在第一层砼之上逐层浇筑砼，每一层砼的厚度应该按照实际情况和方案要求来确定。在浇筑前，还需要进行钢筋配置和加固。（5）处理层间接茬：当每一层砼浇筑完成之后，需要进行层间接的处理。具体来说，就是通过加强钢筋配置和砼切割等手段，使每一层砼都能够牢固地连接在一起，从而避免出现裂缝。（6）养护：当所有的砼层都浇筑完成后，需要进行充分的养护。养护时要注意湿度、温度等因素，以确保砼结构的强度和稳定性，见图1。模板新浇筑的混凝土图1分层分段浇筑示意图103石材2023年11期SHICAI安全施二3.2优化大体积砼的构造设计3.2.1合理配置钢筋钢筋在砼中起到骨架和承受荷载的作用。在大体积砼结构中，钢筋数量较多，因此合理的配置钢筋尤为重要。一方面，应严格按照设计要求进行钢筋加工制作，确保每根钢筋的位置正确；另一方面，应根据结构的受力情况，合理选择钢筋的直径和数量，以保证砼的受力均匀。3.2.2设置滑动层滑动层是指砼结构中一层与另一层之间的滑动面，其作用是减少结构内部的摩擦力，防止结构因内部应力而出现开裂和变形。在大体积砼结构设计中，设置滑动层可以有效消除结构的内部应力，从而提高结构的整体性能和耐久性。3.2.3设置缓冲层缓冲层可以起到分散荷载、减小应力集中的作用，避免由于荷载过大导致砼结构破坏。在大体积砼结构中，由于其受到的外力较大。因此，设置缓冲层十分必要。通过在砼结构中设置缓冲层，可以将荷载分散到结构的各个部位，达到减小应力集中的目的，保证结构的安全性和稳定性。3.2.4设置应力缓和沟应力缓和沟是指一定深度的缝隙或凹槽，在砼结构上设置，通过这些缝隙可以使砼结构在受到荷载时，产生微小的变形，从而起到缓和应力的作用。在大体积砼结构中，设置应力缓和沟可以有效降低砼中的应力集中，减小其开裂的可能性，延长结构的使用寿命。3.3加强大体积砼结构养护3.3.1合理安排养护期在施工过程中，应根据砼的不同种类、使用环境及当地气候等因素来科学合理地安排养护期。对于大体积砼结构，在浇筑后的最初几天至少需要进行7 天以上的养护，以确保其表面和内部的温度、湿度等条件相对稳定，有利于砼内部的水化反应与硬化。3.3.2严格按照养护要求进行砼养护过程中，不仅需要确保养护时间，还要严格按施工图纸和规范要求操作。比如对于大体积砼结构，需要在浇筑后立即进行保温或保湿，通常采用覆盖保护膜、加热器等措施来保持砼表面的温度和湿度相对稳定，以加快砼的水化反应并确保结构的强度。3.3.3加强测温控温和湿度控制温度和湿度是影响砼水化反应和硬化过程的重要因素。在大体积砼养护中，应该加强测温控温和湿度控制，及时调整保温养护措施，将砼内外温度差控制在2 5以下，湿度控制在6 0%以上，以避免砼表面温度梯度过大而导致降砼结构出现裂缝，从而降低低其强度和耐久性。实际施工过程中，研究人员基于下面的公式推测大体积砼结构表面的保温层厚度：R,-+(2)公式（2）中，R，代表保温层总热阻系数，代表砼浇筑块第i层保温材料厚度，入代表砼浇筑块第i层保温材料导热系数，代表砼浇筑块在空气中的放热系数，其具体参数如表1：表1砼浇筑块放置在空气中的放热系数风速风速(m/s)表面光滑表面粗糙(m/s)表面光滑表面粗糙018.376421.12575.090.544296.58410.527.365432.63256.0102.3564111.20561.035.247138.65477.0115.8421124.52172.048.698553.36518.0128.0248138.54713.063.657167.59849.0140.6385151.29814.076.254182.657410.0153.0264164.5748在特定条件下，砼结构的虚拟厚度可以近似于保温层厚度。基于该假设，施工人员可以计算大体积砼结构的温度应力，并根据相应的温控指标对比大体积砼结构的保温层厚度是否符合标准，通过这种方式提高砼养护效果 5O参考文献1黄忠财,吴金华,郭寅川,靳欣宽,何子明,丑涛,魏鑫.湿热一疲劳作用下水性环氧树脂桥梁砼裂缝演化D.科学技术与工程，2022,22(29):12985-12992.2张盼盼,贾冠华,姜晨,李珠.初始裂缝宽度对砼自修复效果的影响D).中国科技论文,2 0 2 2,17(0 7):7 9 5-8 0 0.3】梁栋,张伟,于洋.基于MU-net的砼桥裂缝识别方法D.北京交通大学学报,2 0 2 2,4 6(0 4):10 5-112.4】潘利,王育江,杨睿.双块式无碓轨道道床板砼裂缝控制技术D).铁道建筑,2 0 2 2,6 2(0 3):3 1-3 3.5娄本星,胡少伟，叶宇霄.不同养护时间下蒸养砼裂缝扩展阻力研究D).砼,2 0 2 2(0 2):2 2-2 5+3 0.