大體積混凝土裂縫控制技術(shù)及應(yīng)用

黃志剛

湖南文理學(xué)院土木建筑工程學(xué)院,湖南常德 415000

大體積混凝土裂縫控制技術(shù)及應(yīng)用

黃志剛

湖南文理學(xué)院土木建筑工程學(xué)院,湖南常德 415000

對(duì)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因作了綜合分析，提出了對(duì)其裂縫控制的主要措施，并結(jié)合工程實(shí)例說明了該方法的應(yīng)用，取得了較好的效果，對(duì)類似工程的處理有一定的參考價(jià)值。

大體積混凝土；裂縫原因；裂縫控制

引 言

大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸等于或小于1m，或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土[1]。以往大體積混凝土多出現(xiàn)在大壩等水工結(jié)構(gòu)中。近年來隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，其身影出現(xiàn)在了建筑結(jié)構(gòu)地下室底板的基礎(chǔ)工程中。對(duì)于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，如果處理不當(dāng)則極易形成裂縫，從而影響混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及耐久性。怎樣提高混凝土的抗裂性能是大體積混凝土施工的關(guān)鍵問題之一。下面筆者將結(jié)合工作實(shí)踐，對(duì)大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因作綜合分析并提出相應(yīng)的裂縫控制技術(shù),供參考。

1 裂縫形成的原因

1.1 水泥的水化熱

大體積混凝土易于開裂，究其原因主要是由水泥水化熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和溫度變形引起的。水泥膠體在水化-結(jié)晶而成為水泥石的過程中，由于水化反應(yīng)會(huì)釋放出熱量，每1kg水泥水化時(shí)的放熱量大約在300KJ左右[2]。由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，如果混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸較大，厚度較厚，水泥用量較多，則其內(nèi)部將會(huì)積聚大量熱量且難以在短時(shí)間散出,使內(nèi)部溫度明顯上升。而結(jié)構(gòu)表層的混凝土，卻容易散熱而迅速冷卻。這樣便會(huì)形成混凝土溫度場(chǎng)中的內(nèi)外溫差。表層混凝土冷卻收縮變形受阻于內(nèi)部受熱混凝土的膨脹變形，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,而表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。溫度應(yīng)力與溫差成正比，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。當(dāng)這種溫差應(yīng)力超過同期混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)導(dǎo)致溫度裂縫。這就是大體積混凝土的水化熱裂縫。

1.2 外界環(huán)境溫度的變化

澆注溫度、散熱溫度及水泥水化熱溫度疊加形成大體積混凝土的里部溫度。處于大氣環(huán)境中的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，在施工階段其溫度必然會(huì)受到外界環(huán)境的影響，例如季節(jié)變化、日曬、雨淋。經(jīng)過運(yùn)輸、卸料、泵送、澆注及振搗等一系列工序后的混凝土拌和物溫度便是澆注溫度，它就和外界環(huán)境溫度的高低有著直接關(guān)聯(lián)。一般而言，如果混凝土拌和物溫度小于外界環(huán)境溫度時(shí),那么混凝土內(nèi)部熱量將難以散失從而容易引起混凝土開裂；相反，如果混凝土拌和物溫度大于外界環(huán)境溫度時(shí),尤其是當(dāng)溫度發(fā)生驟降,那么將會(huì)在混凝土內(nèi)部和外層混凝土之間形成很大的溫度梯度,從而導(dǎo)致大體積混凝土開裂[3]。

1.3 約束的影響

混凝土結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件除少數(shù)是靜定構(gòu)件（如簡(jiǎn)支梁、簡(jiǎn)支板、懸臂構(gòu)件等）以外，絕大多數(shù)構(gòu)件由于澆筑的混凝土在凝固以后已融為一體，多為具有多余約束的超靜定結(jié)構(gòu)。超靜定結(jié)構(gòu)由于其連續(xù)性強(qiáng)而具有很好的整體穩(wěn)固性和抗震性能。但是其變形、位移受到約束，往往在微小的外界作用下即會(huì)產(chǎn)生約束作用。工程結(jié)構(gòu)中，在非受力的溫差或收縮等間接作用下，超靜定的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)很可能由于自由的伸縮變形受到限制而產(chǎn)生約束應(yīng)力。而當(dāng)此約束應(yīng)力超過一定限度以后,就有可能產(chǎn)生裂縫。

1.4 混凝土的收縮

混凝土凝固過程中的體積變化（縮小）加劇，是引起混凝土表層收縮裂縫的主要原因。混凝土的收縮大體可以分為以下三種類型[2]：

1.4.1 膠凝固化的自生收縮

水泥膠體凝固過程中鋁酸三鈣C3A因結(jié)晶固化而體積縮小，宏觀效果即為混凝土的收縮。這是混凝土中水泥膠體的整體收縮，持續(xù)于整個(gè)水化-凝固過程，是引起收縮的主要因素。如果上部混凝土的均勻收縮沉降受到限制，一般會(huì)產(chǎn)生相互平行的不規(guī)則深裂縫。

1.4.2 干燥失水和表面收縮

隨著時(shí)間的推移，混凝土中未被水化的游離水通過泌水現(xiàn)象逸出，或經(jīng)過其他途徑揮發(fā)，造成混凝土的體積減小而收縮。特別是引起泌水的毛細(xì)管中，因水的張力而引起表層混凝土產(chǎn)生收縮趨勢(shì)。加上混凝土因離析，表層水泥漿體多而骨料（石子）較少，更加劇了這種收縮。但這種加劇的收縮僅限于混凝土的表層，這樣表層收縮較快，而內(nèi)部收縮較慢，往往導(dǎo)致表層裂縫。

1.4.3 碳化收縮

混凝土中的可溶性氫氧化鈣Ca(OH)2與二氧化碳CO2化合而形成碳酸鈣CaCO3，體積減小而引起收縮。碳化收縮是在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)逐漸形成的，且僅限在混凝土的表層，并隨時(shí)間而逐漸向內(nèi)發(fā)展。

2 裂縫控制措施

由上述大體積混凝土開裂原因的分析,工程技術(shù)人員可以有針對(duì)性地采取下列一些技術(shù)措施來控制裂縫的產(chǎn)生。

2.1 材料措施

（1）大體積混凝土結(jié)構(gòu)宜采用低水化熱和長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間的水泥，粒徑較大的骨料和中粗砂，粗骨料宜采用連續(xù)級(jí)配；

（2）大體積混凝土宜加適量的摻和料以及外加劑來降低水泥用量，并減少水化熱的影響；

（3）大體積混凝土宜摻加粉煤灰，以減少水泥用量并減小水化熱及收縮。摻入粉煤灰后，可按有關(guān)規(guī)范用60d，90d等后期強(qiáng)度進(jìn)行混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收，以減少水化熱的影響。

2.2 施工措施

（1）在砂、石、水等原材料拌和前，預(yù)先通過遮陽(yáng)、預(yù)冷、加冰等措施來控制其溫度。并注意混凝土拌和物運(yùn)輸過程中的降溫，以降低混凝土拌和物的入模溫度，減少水化熱的影響。

（2）大體積混凝土結(jié)構(gòu)宜采用跳倉(cāng)法施工或設(shè)置后澆帶的方法來控制混凝土單方向長(zhǎng)度不大于30m，長(zhǎng)寬比不大于4，長(zhǎng)厚比不大于40。并且嚴(yán)格控制坍落度，選擇分層連續(xù)澆筑等采取有效措施以防止施工過程中熱量積聚，溫度升高。

（3）進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，大體積混凝土施工時(shí)應(yīng)控制大體積內(nèi)外溫差不大于25℃，混凝土表面與環(huán)境溫差不大于15℃。并控制養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保持表面濕潤(rùn)，根據(jù)實(shí)際情況采取控溫措施（加冷卻水管等）。控溫覆蓋應(yīng)分層逐步拆除，不得采取強(qiáng)制，不均勻的降溫措施。

（4）在大體積混凝土底板澆筑之前，宜在基礎(chǔ)墊層和混凝土基礎(chǔ)之間設(shè)置滑移層以減少其內(nèi)外約束。滑移層可以采用設(shè)置瀝青油氈或者鋪設(shè)砂石層緩沖。

（5）為提高混凝土的抗裂性能，可在容易產(chǎn)生裂縫的部位配置斜向鋼筋或鋼筋網(wǎng)片,并配置一定數(shù)量的抗裂鋼筋。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某高層住宅樓，地下2層，地上33層，總建筑面積46378m2。剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)筏形板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，混凝土抗?jié)B等級(jí)為P8。基礎(chǔ)筏形板厚3m。

3.2 技術(shù)措施

基礎(chǔ)筏形板部分屬于大體積混凝土,為保證大體積混凝土不出現(xiàn)裂縫,采取了以下一系列的技術(shù)措施。

（1）采用525號(hào)礦渣硅酸鹽水泥，其水化熱較低并充分利用其富余活性，降低水化熱；粗骨料采用碎石，粒徑為6mm～15mm；細(xì)骨料采用中砂，細(xì)度模數(shù)大于2.50；同時(shí)摻入粉煤灰和緩凝劑、減水劑；充分利用混凝土的后期強(qiáng)度；為控制表面收縮裂縫，在筏形板表面放置鋼筋網(wǎng)片。

（2）在混凝土的表面覆蓋兩層塑料薄膜和兩層草袋以保溫保濕；在混凝土內(nèi)部排放冷卻水管，在現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)配置為控制冷卻水水溫的循環(huán)調(diào)溫水箱，使混凝土內(nèi)部降溫完全處于受控狀態(tài)，以防止冷卻水管壁四周的混凝土溫差過大。

（3）為了解冷卻水的進(jìn)出水溫，將溫度傳感器預(yù)先埋設(shè)在混凝土的內(nèi)外給測(cè)點(diǎn)出處，并用“大體積混凝土微機(jī)自動(dòng)測(cè)試儀”對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)定時(shí)測(cè)溫。一旦混凝土的內(nèi)外溫差超過規(guī)定，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，施工人員便可以視情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.3 控制結(jié)果

由于施工前充足的技術(shù)準(zhǔn)備以及上述技術(shù)措施的認(rèn)真貫徹實(shí)行,整個(gè)基礎(chǔ)筏形板大體積混凝土施工過程得到了良好的控制,最終混凝土表面光滑平整、無麻面及裂縫。4 結(jié)語

工程中大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的例子屢見不鮮，究其原因也比較復(fù)雜,因此必須從材料、施工及設(shè)計(jì)等多方面來進(jìn)行質(zhì)量控制,方能最大限度地控制裂縫的產(chǎn)生,避免因混凝土開裂給工程帶來的不必要麻煩。

[1]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程JGJ55-2000[S].

[2]陳寶春.大體積混凝土溫度裂縫的成因及控制[J].施工技術(shù),2003,6:26-28.

[3]徐友鄰，顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫的判斷與處理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010,3:26-28.

TU712+.3

B

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.015