建筑工程基坑混凝土裂缝控制研究

张义波

（河南大有能源股份有限公司千秋煤矿基建科，河南 三门峡472000）

0 概述

混凝土结构由于其自身力学性能优越，取材方便，造价较低等优点被大范围的应用在我国的土木工程的各个领域。但是混凝土结构也有着自身的缺点，例如抗拉强度小，自重大，易产生温缩，养护周期较长，宜产生裂缝等缺点。特别是容易产生裂缝，研究表明几乎所有的混凝土结构均是带缝工作。 由于其材料的独特特性，混凝土结构几乎无法避免裂缝的存在。大量裂缝的出现不但对于混凝土外观产生负面影响，对于工程结构的使用性能也有着极大的危害。 混凝土结构中裂缝的存在会导致碳化等一系列的病害危害到混凝土结构的安全性。所以如何有效的控制混凝土结构中裂缝的发展，特别是大体积混凝土结构的发展是当今建筑工程施工中所面临的巨大科研难题。

1 混凝土裂缝种类以及产生原因

1.1 微观裂缝

混凝土结构上宽度小于0.05mm 的裂缝被称之为微观裂缝。 微观裂缝在混凝土结构中分布不均匀，布局不规则，且没有贯通面时微观裂缝的一大特征。 这类裂缝一般用肉眼无法察觉。 微观裂缝不会导致混凝土结构在承载力方面的损失。 所以，微观裂缝的存在不会影响混凝土结构的正常使用。但是，微观裂缝在受到较大的承载力时，宽度会迅速增大。 随着承载力的增加，裂缝宽度会不断增加直至形成贯通裂缝，最终影响到混凝土结构的正常使用。 而且微观裂缝中会积存大量的氢氧化钙溶液，空气中的二氧化碳通过微观裂缝进入混凝土结构内部时，会与微观裂缝中的氢氧化钙溶液发生反应，导致混凝土结构的碳化。

由此我们可以得到以下结论：

（1）微观裂缝的存在在现阶段无法避免。

（2）微观裂缝的存在不会影响到混凝土结构的正常使用。

（3）微观裂缝容易发展成为宏观裂缝，进而影响到混凝土结构的正常使用。

（4）微观裂缝是导致混凝土碳化出现的首要因素。

1.2 宏观裂缝

宏观裂缝是指宽度大于0.05mm 的裂缝。 施工中肉眼可见的裂缝一般均称为宏观裂缝。 宏观裂缝大多数情况下由应力与变形产生。 混凝土结构在产生大变形时会产生宏观裂缝。宏观裂缝根据危害程度由低向高，可以依次分为：表面裂缝、深度裂缝、贯穿裂缝。其中一旦混凝土结构出现贯穿裂缝，则表示混凝土结构出现较大病害，必须停止工作。

2 裂缝产生机理[1]～[3]

混凝土结构是由水泥，砂粒，碎石，水，混合料以及外加剂形成的。材料的多样化会使得混凝土内部在混凝土结构强度形成过程中的不同部位产生不同的温度与温度变形。例如水泥在强度形成过程中会释放出大量的热量，碎石等骨料的温缩系数低于水泥石温缩系数。 由于温度的不均匀变化与温缩系数的不同，混凝土内部结构之间会产生相对位移，进而导致混凝土结构产生裂缝。

温度裂缝出现的主要因素有以下几点：

（1）水泥水化热：水化热是混凝土结构在强度形成过程中产生热量的主要原因。

（2）约束条件：混凝土由于温度变化导致应力应变的产生，而边界约束阻碍其自由发展最终会导致裂缝产生。

（3）干缩变形：混凝土由于随着强度的形成，内部大量水分蒸发导致了混凝土由于干缩产生裂缝。

（4）钢筋布置：混凝土与钢筋性质的差异会导致钢筋与混凝土之间在混凝土强度形成过程中产生相对位移，从而产生裂缝。

3 预防大体积混凝土结构产生裂缝的具体措施

3.1 严格控制材料质量，加强混凝土配合比设计

在施工控制[4]中必须严格控制材料质量，优化配合比设计。具体的结果是降低混凝土结构拉伸变形量、 增大混凝土结构的抗拉强度、降低热强比。 使混凝土结构体积变形呈现微膨胀的结果。

3.1.1 减少水化热

大体积混凝土结构开裂的主要原因是由于水化热导致的。所以根据现实施工经验，大体积混凝土结构中降低水泥用量，尽量使用水化热低的水泥可以有效地控制大体积混凝土结构的开裂与裂缝产生。

3.1.2 适当掺加混合料

大体积混凝土施工中一般由于混凝土用量大、 施工工期较紧、工程质量要求高的原因，会大量使用商品泵送混凝土。 所以大体积混凝土浇筑过程中，混凝土中是否掺加混合料决定了混凝土的质量优劣。

1）使用外加剂：例如木质素磺酸钙是常用的混凝土外加剂。 在混凝土中掺加质量比为0.2%～0.3%的木钙时可以有效地增强混凝土的和易性、降低单位体积混凝土结构的水泥用量、降低单位混凝土的用水量。

2）合理使用外掺料：粉煤灰在混凝土结构被大范围的作为混凝土的外掺料。 粉煤灰可以在混凝土凝结过程中产生胶凝材料，增加混凝土的强度。 但是粉煤灰掺用量过大时会加速混凝土结构的碳化速度。所以，合理掺加粉煤灰是保证混凝土结构质量的关键因素之一。

3.1.3 优化集料选择

大体积混凝土中集料质量可以达到混凝土质量的85%，所以优化集料选择可以有效防止混凝土结构的裂缝发展。

3.2 优化施工措施方法[5]

3.2.1 分层分段浇筑

大体积混凝土一次性浇筑会产生较大的水化热。大量水化热是导致混凝土开裂的主要原因之一。所以分层分段浇筑混凝土会加速混凝土结构局部散热。 从而减少混凝土结构裂缝的出现。 大体积混凝土分层分段浇筑主要由以下三种浇注方式：

1）全面分层浇筑

2）分段分层浇筑

3）斜面分层浇筑

3.2.2 二次振捣

根据大量施工经验总结[6]，二次振捣可以有效地减少混凝土裂缝的宽度。 二次振捣可以增大混凝土的密实度，减少混凝土结构中的水分与空隙，增加混凝土与钢筋的握裹力。 二次振捣的时机选择一般取决于以下两个方面：

1）标准阻力贯入值低于。

2）振动棒插入混凝土中，缓慢抽出式混凝土自动闭合不会形成空穴。

3.2.3 降低混凝土出仓与浇筑温度

尽量选择在气温较低时进行工作， 尽量使用冷却水进行搅拌，使用遮阳棚等方式降低物料进仓温度。

3.2.4 优化搅拌工艺优化搅拌工艺可以增加混凝土的抗拉极限强度，降低混凝土的收缩应变从而提高混凝土质量，减少混凝土裂缝的产生与发展。

3.3 优化构造设计与边界约束[7]

钢筋混凝土结构内部结构比较复杂。 内部结构不合理会导致混凝土结构产生裂缝并加剧裂缝发展。其主要方式方法有：

（1） 优化钢筋配置： 尽量沿混凝土表面配置钢筋，可以降低混凝土干缩及内外温差导致裂缝的数量。

（2）设置滑动层与缓冲层：滑动层可以降低由于边界约束产生的裂缝，缓冲层可以降低混凝土结构由于基础收缩产生的侧向压力。

（3）应力缓和沟的应用：应力缓和沟可以有效降低混凝土结构表面的拉应力，从而减少裂缝产生的数量与宽度。

3.4 加强养护

大体积混凝土结构在浇注成型后，必须认真养护。 避免产生由于养护不当导致裂缝产生。 例如：在混凝土表面洒水以及铺设毛毡等手段，降低混凝土结构由于温缩与干缩引起的裂缝。养护期间加强监测。

4 结论

本文通过对大体积混凝土结构裂缝产生机理的具体分析与总结，对如何控制大体积混凝土结构的裂缝产生提出了一些实际的施工方法。 具体施工方法有：

（1）采用优质原材料；

（2）优化配合比设计；

（3）加强养护；

（4）合理掺加外加剂预混合料；

（5）采用新型施工技术并加强构造设计；

（6）改善边界约束。

［1］杨红霞，郑光明.混凝土温度收缩裂缝的产生机理及对策[J].延安大学学报，2004,23（2）：43－44.

［2］卞春丽，梁晓平.现浇大体积混凝土裂缝的成因与防治[J].山西建筑，2007,33（3）：119－120.

［3］李建春.对于大体积混凝土温度裂缝的探讨[J].科园月刊，2008（5）：33－34.

［4］贾应春，程宝辉.大体积混凝土施工温度控制基本思路[J].世界桥梁，2005（1）：75－77.

［5］孙振兴.浅谈大体积混凝土裂缝的控制措施[J].山西建筑，2005,31（4）：76－77.

［6］肖振荣.大体积混凝土防止裂缝技术措施[J].西部探矿工程，2005,17（5）：185－186.

［7］李潘武，李慧民.大体积混凝土温度构造钢筋的配置[J].四川建筑科学研究，2005，（31）2:31－35.