探討大體積混凝土結構施工技術在土木工程中的應用

丁昕顯

摘 要：隨著科學和經濟的快速發展，建筑行業也在不斷發展。目前，大體積混凝土結構在土木工程中的應用越來越廣泛。本文主要對大體積混凝土的結構特點、出現裂縫的原因以及有關的施工技術進行了探討和研究，希望本文的研究可以為建筑行業帶來一定的借鑒。

關鍵詞：大體積混凝土；施工技術；自縮；裂縫

引 言

隨著建筑行業的蓬勃發展，大體積混凝土結構技術在土木工程中也得到了越來越廣泛的應用。大體積混凝土結構技術是一項復雜的、綜合性的技術，裂縫問題是該項技術的關鍵，通常裂縫由外部約束力產生的可能性較小，一般都是由于水泥水化熱引起的溫度應力導致的，所以運用大體積混凝土結構技術的核心就是解決好混凝土的自縮問題。

1 大體積混凝土的定義及結構特點

隨著建筑行業的不斷發展，大體積混凝土結構施工技術在現代土木工程中的應用也越來越廣泛。大體積混凝土指的是現場澆注的混凝土結構具有較大的幾何尺寸，并且能夠運用。

2 大體積混凝土出現裂縫的原因

相應的技術措施來解決由水泥水化熱導致的裂縫問題。在土木工程中，大體積混凝土與一般混凝土相比，大體積混凝土結構具有顯著的特點，例如：混凝土的澆注量大、體積大、結構厚達、并且現澆混凝土大多是超靜電結構、一次性澆注不允許有施工縫的出現、對施工技術以及養護質量都有較高的要求等等。因為大體積混凝土的體積大，所以混凝土內部水泥水化熱不能及時快速的排出，當溫度高于25°時，混凝土結構出現變形和裂縫的機率將會大大提升。同時，為了保證混凝土結構的質量，就要使混凝土最小斷面、平面尺寸、內外溫度等都要達到相應的質量要求。

混凝土結構物出現裂縫是一個常見的技術問題，混凝土是通過多種材料組合配置而成的人造石材，雖然它具有良好的抗壓性與耐久性，但是同時也存在抗拉強度低、易開裂等問題。在大體積混凝土結構中最普遍的問題就是混凝土出現裂縫。

2.1 外界溫度的影響

在土木工程施工中，大體積混凝土的澆注溫度會隨著外界溫度的變化而不斷變化。外界溫度升高時，會使混凝土內、外部的溫差降低，形成溫度應力。溫度應力會隨著溫差的增大而增大，由此產生的裂痕也會隨著溫度應力的增大而變大。溫差是造成溫度應力與混凝土產生裂痕的主要原因。

2.2 水泥水化熱的影響

混凝土是由多種材料組合配置而成的人造石材，在混凝土配置過程當中會出現水泥水化的化學反應，由于大體積混凝土的結構物斷面厚達，在水泥水化過程中釋放的熱量會聚集在其內部不易散失，從而引起結構物內部溫度升高，使得結構物內、外的溫差不斷增大，這樣就會導致混凝土結構出現變形或者出現裂痕。因為混凝土結構表面可以自發散熱，所以在澆筑后的3～5d內，結構物內部的溫度會達到最高。同時，水泥水化熱不僅僅與混凝土單位體積的水泥用量和水泥品種相關，還會隨著混凝土結構物的齡期按指數關系增長。

2.3 混凝土自縮的影響

新配置的混凝土中只有20%的水分參與水泥水化，其余80%的水分都會在水泥硬化過程中蒸發，當蒸發的水分過量即大于自縮值時，就會導致混凝土自縮。所以說自縮值是導致混凝土自縮的重要因素。影響混凝土自縮值的因素主要包括以下幾個方面：

2.3.1 水泥品種

不同水泥的自縮值是不同的，一般來說自縮值較大的是鋁酸鹽水泥以及早強水泥，自縮值較小的是一些中熱、低熱的水泥。特別的是礦渣水泥在后期的自縮值比普通水泥要大。同時，水泥的細度也會引起自縮值的變化。若使用的水泥較細，那么在早期就會產生較快的自縮速度。

2.3.2 外部添加劑

高效減水劑能夠增加流動速度、降低自縮值，但是不同類型以及不同量的高效減水劑對降低自縮值來說，效果幾乎一樣；干縮減少劑能夠降低一半的自縮值；膨脹劑對降低自縮值而言，主要在于種類的不同，氧化鈣型的膨脹劑能夠降低自縮值，其他種類的膨脹劑在早期會膨脹，但之后會收縮；引氣劑的使用對自縮值沒有影響。

2.3.3 礦物摻合料

在水泥中摻合不同比例的礦渣會對自縮值有不同的影響，混泥土的自縮值會隨著硅灰量的增加而增大。在混泥土中摻合煤灰以及經防水處理的粉末都會使自縮值降低。

2.3.4 其他因素

溫度在15～40℃時，自縮值會隨著溫度的升高而增加；隨著養護期增加，自縮值也會增大；混凝土的自縮值會隨著水灰比的增加而降低；在混凝土中骨料含量的增加會使自縮值降低，同時不同種類的骨料對自縮值的影響也不同，如：人工輕骨料混凝土的自縮值比一般混凝土的要小。

2.4 約束力的影響

混凝土結構物在變形時會受到一定的約束來抑制變形，約束條件主要包括外部約束和內部約束，外部約束力會導致混凝土產生裂痕，溫差的出現會導致內部約束力的產生。外部約束主要指的是基層對混凝土的約束、樁對混凝土的約束、已硬化混凝土對后澆混凝土的約束；內部約束指的是混凝土內部與表面相互約束、先澆混凝土對后澆混凝土的約束。

3 大體積混凝土施工技術分析

3.1 溫度應力的控制

溫度應力與氣候、施工過程、材料性質等因素都有緊密的聯系，溫度應力可分為自生應力和約束應力，自生應力是指結構物內部溫度分布是非線性，由于本省約束而產生的溫度應力，約束應力是指結構物受到邊界的約束，不能隨意變形引起的應力，在土木工程中，合理的控制溫度應力是保證建筑物質量的關鍵。

3.1.1 合理的結構形式

結構形式、澆注尺寸對溫度應力以及裂縫出現的影響都非常大，溫度應力和產生的裂縫都會隨著澆注塊的增大而增大，所以合理的選擇結構形式以及澆注尺寸對防止裂縫的出現都有重要的意義，經實驗證明，澆注尺寸控制在15m×15m左右時，此時的溫度應力較小。

3.1.2 合理的選擇混凝土原材料

合理的選擇原材料，優化配合比能夠有效的增強混凝土的抗裂能力，總的來說就是降低混凝土的絕熱升溫、增大抗拉強度以及極限拉伸能力。

（1）水泥的選擇：混凝土要求低熱高強，溫度升高主要是由于水泥水化熱引起的，所以應該選擇低熱水泥如：礦渣水泥。

（2）混合材料的使用：多使用礦渣、粉煤灰等混合材料來降低混凝土的絕熱升溫，加大混凝土的抗拉強度。

（3）外添加劑的使用：減水劑、膨脹劑、早強劑等。

（4）合理配置混凝土：在確保混凝土強度和流動能力的前提下，盡量要減少水泥的使用，從而來降低水泥水化熱以及混凝土的絕熱升溫。

3.1.3 控制混凝土的溫度

嚴格控制混凝土的溫度對降低溫度應力以及防止裂縫的出現都有重要的意義。

（1）使用冷水、加冰拌合等放法，來減低混凝土的出機溫度。

（2）提高澆注速度，采用太結實澆鑄法，縮短暴露時間。

（3）表面保溫，降低溫差。

（4）澆注溫度是影響混凝土溫度的關鍵因素，要注意夏季在夜間澆注，冬季在棚內澆注。

（5）預埋冷凝水管，通過向水管中注入冷卻水來降低混凝土的溫度。

3.2 減小約束

3.2.1 減小外部約束

在土木工程中，大體積混凝土結構一般都為厚重的整體澆注物，顯然，地基對混凝土結構具有一定約束力，這種約束力會導致混凝土產生裂縫，減小地基對混凝土結構的約束力，通常采用的方法是設置滑動層，所謂滑動層就是在大體積混凝土與地基之間添加瀝青油氈層或砂墊層，滑動層的設置可以有效的保證塊體能夠自由變形，降低裂縫的風險。

3.2.2 內部約束力

內部約束力主要是由結構物內部溫差導致的，解決內部約束力的方法，就是降低溫差加強保溫。

4 結束語

大體節混凝土結構施工技術是一項復雜的、綜合性的技術。本文主要對現代土木工程中大體積混凝土施工技術進行了探討，分析了導致裂縫出現的主要原因，并提出了相應的解決措施。

參考文獻

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