論大體積混凝土裂縫控制

劉 凡

開封市建設工程質(zhì)量檢測站（475000）

1 大體積混凝土結構特點

關于大體積混凝土的定義,目前國內(nèi)外尚無一個確切的定義。美國混凝土學會規(guī)定:“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度的減少開裂”。日本建筑學會標準規(guī)定:“結構斷面最小尺寸在80 cm以上，水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差,預計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。對于大體積混凝土的溫差控制，許多工程設計控制在25℃以內(nèi)，也有的工程控制在30℃，獲得成功。工程實踐證明:混凝土的溫升和溫差與表面系數(shù)有關，單面散熱的結構斷面最小厚度在75 cm以上，雙面散熱的結構斷面最小厚度在l00 cm以上,水化熱引起的混凝土內(nèi)外最大溫差預計可能超過25℃,應按大體積混凝土施工。

大體積混凝土結構的截面尺寸較大,外荷載引起裂縫的可能性很小。但是，由于混凝土導熱性能差，水泥水化作用所釋放的熱量積聚于混凝土內(nèi)部不易散去,導致混凝土內(nèi)部與表面溫差過大,造成溫差應力大于混凝土的抗拉強度而產(chǎn)生表面裂縫。所以選擇一種有效的養(yǎng)護措施尤為重要。另一方面,由于水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，會引起混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫度應力，有可能導致大體積混凝土結構出現(xiàn)貫穿性的收縮裂縫。因此，控制溫度應力和溫度變形裂縫的開展,是保證大體積混凝土結構施工質(zhì)量的關鍵。

2 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 材料方面的原因

1）原材料質(zhì)量。混凝土的原材料質(zhì)量也對混凝土的裂縫有較大的影響，如水泥的品種、水泥的用量；骨料的品種、骨料的彈性模量及骨料的膨脹力，骨料的級配;外加劑的品種及摻量;混凝土摻合料的品種、摻量和混凝土的配合比等均對混凝土的裂縫有較大的影響。所以必須嚴格控制大體積混凝土原材料的質(zhì)量,以提高混凝土本身的抗裂能力和抵抗變形的能力。

2）水泥水化熱大。水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，這是大體積混凝土內(nèi)部溫升的主要熱量來源。而大體積混凝土結構一般斷面較厚，水化熱聚集在結構內(nèi)部不易散失，引起混凝土內(nèi)部急驟升溫。而水泥水化熱引起的絕熱溫升，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關,并隨混凝土的齡期按指數(shù)關系增長,實際混凝土內(nèi)部的最高溫度多數(shù)發(fā)生在混凝土澆筑的最初3～5 d。澆筑初期混凝土強度很低，對水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應力也較小。隨著混凝土齡期的增長，其強度相應提高，對混凝土內(nèi)部降溫收縮變形的約束越來越強，以致產(chǎn)生很大的溫度應力，當溫度應力大于混凝土的極限抗拉強度時,即產(chǎn)生溫度裂縫。

3）混凝土抗拉能力低。混凝土是脆性材料，抗壓能力較高，抗拉能力較低。大體積混凝土溫度變形受約束時產(chǎn)生的拉應變(或拉應力)很容易超過混凝土的極限拉應變（抗拉強度）而使混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.2 施工方面的原因

1）坍落度過大，或使用過量粉砂。采用含泥量較大的粉砂配置的混凝土收縮大，抗拉強度低，容易因塑性收縮而產(chǎn)生裂縫；泵送混凝土為了滿足泵送條件——坍落度大、流動性好，易產(chǎn)生局部粗骨料少、砂漿多的現(xiàn)象。此時，混凝土脫水干縮時，就會產(chǎn)生表面裂縫。

2）混凝土施工過程中過分振搗，模板、墊層過于干燥。混凝土澆筑振搗后，粗骨料沉落擠出了大量水分和空氣，會在表面形成一個較大較厚的砂漿層,它比下層混凝土有更大的干縮性，一旦水分蒸發(fā)，就很容易形成凝縮裂縫。有時模板、墊層在澆筑混凝土之前灑水不夠，過于干燥，也會引起模板吸水量過大的問題,引起混凝土的塑性收縮，產(chǎn)生裂縫。

3）混凝土澆搗后過分抹干壓光。過度的抹平壓光會使混凝土的細骨料過多地浮到表面,形成含水量很大的水泥漿層，導致混凝土板表面龜裂。

4）養(yǎng)護不當。這也是造成現(xiàn)澆混凝土板裂縫的主要原因之一，過早養(yǎng)護會影響混凝土的膠結能力，反之，由于混凝土受風吹日曬，表面游離水分蒸發(fā)過快，水泥缺乏必要的水化水，極易產(chǎn)生急劇的體積收縮，此時混凝土早期強度低，不能抵抗這種應力，就會產(chǎn)生裂縫。

3 大體積混凝土裂縫的控制措施

3.1 原材料的選擇

1）水泥應嚴格按批量進行化驗，除強度必須保證外，尤其要保證安定性合格。

2）石子應按規(guī)定進行復試，其針片狀顆粒含量、含泥量、強度、堅固性等各項指標應符合要求。施工過程中所用的石子的粒徑、級配應合理。

3）用于混凝土的砂子必須用中、粗砂，不允許使用細砂。砂子應按規(guī)定進行復試，其顆粒級配、含泥量、有害物質(zhì)含量等指標應符合要求。

4）優(yōu)化配合比。滲入適量的粉煤灰，取代一部分水泥，減少水泥用量，降低水泥水化熱；滲入適量的膨脹劑，使混凝土在水化作用過程中出現(xiàn)微小膨脹，產(chǎn)生預壓應力，抵消混凝土收縮時產(chǎn)生的部分拉應力，提高混凝土的抗裂能力；滲入適量的緩凝減水劑，延長混凝土的初凝時間，推遲水泥水化熱峰值到來的時間。

3.2 混凝土的攪拌與運輸

應嚴格控制水灰比、坍落度，對坍落度要隨時抽查，攪拌時間應符合規(guī)范要求，不能過長，也不能過短；應嚴格掌握混凝土從攪拌機中卸出后到澆筑的延續(xù)時間,不得超過規(guī)范的要求和試配的初凝時間。

3.3 分層澆筑

大體積混凝土澆筑，一般可采用全面分層、分段分層和斜面分層法。其中斜面分層應用較多，即按混凝土自然流淌坡度、斜面分層、連續(xù)逐層推移、一次到頂?shù)姆椒ㄟM行。澆筑方向沿橫向進行,每次澆筑工作面不超過 3 m，混凝土分 4層澆筑，每層厚550mm。混凝土澆筑過程中，每層混凝土初凝前都確保被上層混凝土覆蓋,保證上下層澆筑間隔不超過混凝土初凝時間，避免施工冷縫出現(xiàn)。

3.4 收頭處理措施

收頭處理是減少表面收縮龜裂,控制板面標高和平整度的重要措施。因此，在混凝土澆筑至標高時，安排專人用刮尺刮平多余浮漿，用鐵滾筒滾壓2～3遍，控制好終凝前混凝土表面的二次抹光，以防止表面龜裂。收頭時間控制在1.5小時內(nèi)，然后再實施保溫保濕養(yǎng)護措施。

3.5 加強養(yǎng)護

選擇一種有效的養(yǎng)護措施非常重要。如采用混凝土表面貯水蓄熱保溫保濕養(yǎng)護措施，即在混凝土終凝開始時，在混凝土表面用磚砌筑貯水池，分格貯水。貯水的目的是利用水對混凝土進行養(yǎng)護和蓄熱,在混凝土表面形成一道保溫屏障，再在貯水池上面覆蓋1層0.05 m厚的塑料薄膜，塑料薄膜一方面防止水分蒸發(fā)和熱量散失,另一方面利用貯水池水面與塑料薄膜之間架空層的空氣保溫,并且隔離了外界雨水和大氣溫度的變化對貯水池水溫的直接影響，最后養(yǎng)護14天。14天后，繼續(xù)保持混凝土表面濕潤。

3.6 溫度監(jiān)控

對不同齡期、不同部位的溫度測控，是控制混凝土內(nèi)外溫差變化，及時了解混凝土溫度變化規(guī)律的重要依據(jù)。布置溫度傳感器，每個測溫點有1組測溫數(shù)據(jù)，包括空氣溫度、混凝土表面溫度、中心溫度和底部溫度。通過溫度監(jiān)控，控制混凝土內(nèi)外溫差不超過規(guī)定值（≤25℃）。

4 結語

由于大體積混凝土工程的條件比較復雜,施工情況各異，再加上混凝土原材料的材性差異較大，因此控制溫度變形裂縫是涉及結構計算、構造設計、材料組成、物理力學性能及施工工藝等多學科的綜合性問題。在結構設計上，對大體積混凝土的內(nèi)外約束條件以及結構薄弱環(huán)節(jié)采取有效的補強措施；在施工技術上，從選料、配合比設計、施工方法、施工季節(jié)的選定和測溫、養(yǎng)護等，采取一系列綜合性措施，有效地控制大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生；在施工組織上，編制切實可行的施工方案，采取全過程的溫度監(jiān)測，制定合理周密的技術措施。這樣，才能防止產(chǎn)生溫度裂縫，確保結構的工程質(zhì)量。

[1]王鐵夢.鋼筋混凝土結構的裂縫控制[M].冶金建筑研究總院,2000,5

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