夏季施工高性能混凝土裂紋分析與控制

■何 俊 ■重慶市建筑科學研究院，重慶市 400020

根據鐵道部科技基［2005］101號文發(fā)布的《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》和《鐵路混凝土耐久性設計暫規(guī)》要求，客運專線橋梁設計使用年限100年，而夏季施工當中，如何保證高性能混凝土的施工質量，本文針對高性能混凝土的特點和夏季施工中容易產生的不良后果進行分析，并做出相應的施工措施。

1 高性能混凝土的概念

我國把高性能混凝土定義為:高性能混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土，是以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途的要求，對特殊性能有重點的加以保證。

2 夏季高性能混凝土施工中存在的問題分析及處理措施

2.1 水泥水化熱引起的溫度應力和變形

水泥在水化過程中產生大量的熱量。當混凝土內部與表面溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形。當這種應力超過混凝土內外的約束力時，就會產生裂縫。當混凝土越厚，水泥的用量越大，內部溫度就越高，因而引起裂縫的可能性也愈大。下面從幾個方面講夏季高性能混凝土的溫度控制。

(1)混凝土的出機溫度。夏季施工混凝土拌合時，應根據實際情況，采用對水降溫措施保證混凝土出機溫度，同時應該對砂石材料必須采取遮陽棚，避免太陽的照射，防止砂石材料的溫度過高，水泥要有充分的降溫時間，另外，水的比熱較大，采用低溫的水，混凝土的出機溫度容易控制在30℃以下，當混凝土溫度超過30℃是應該采用加冰等方式降低水溫，保證混凝土的出機溫度。

(2)混凝土的入模溫度。運輸過程及澆注過程對混凝土的物理升溫影響并不大，主要控制的還是混凝土的出機溫度，但也要注意運輸和澆注時間不宜過長，時間過長混凝土的水化熱會直接影響混凝土的溫度。

(3)混凝土水化熱。混凝土的水化與溫度及時間有很大關系，溫度越高混凝土的水化越快，水泥在水化過程中產生大量的熱量，使混凝土內部的溫度升高，在1－3d放出的熱量占總熱量的一半。夏季施工中混凝土內部的最高溫度多數發(fā)生在澆筑后的2－3d。混凝土內部的溫度與混凝土的厚度及水泥的用量有關，混凝土越厚，入模溫度越高，水泥的用量越大，內部溫度就越高。所以摻用大量的粉煤灰來降低水泥用量，并采用緩凝型減水劑及降低入模溫度使水泥水化變緩，可以有效的控制混凝土溫度峰值。

(4)混凝土的降溫。混凝土在夏季施工中由于芯部溫度過高，容易產生混凝土芯部、表層、環(huán)境的溫差過大，內部與表面溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成正比。當這種應力超過混凝土內外的約束力時，就會產生裂縫。可采用在混凝土內部埋設冷卻水管來降低混凝土芯部溫度來降低混凝土在水化過程中的溫度峰值。

冷卻水管的采用是根據現場情況設置內循環(huán)水管，一般采用水平及垂直1m左右的網狀設置。循環(huán)水的流量要根據埋設的測溫元件監(jiān)測到混凝土的溫度來定，保持混凝土的芯部溫度不超過65℃，芯部、表層、環(huán)境溫度不超過20℃。

2.2 內外約束條件的影響

大體積混凝土因溫度變化而產生變形也要受到不同程度的約束，限制其變形，因而產生了約束應力。當混凝土表面溫度下降時，混凝土內部由于水泥的水化熱形成中心溫度高，熱膨脹大，因而在中心產生壓應力，在表面產生拉應力，若拉應力超過混凝土的抗拉值和鋼筋的約束

作用時會產生裂縫。

2.3 外界氣溫變化的影響

大體積混凝土在施工階段，常受外界氣溫變化的影響。混凝土內部溫度是由水泥水化熱的絕熱溫度、澆筑溫度和混凝土的散熱溫度三者的疊加。一般而言，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也愈高。當氣溫下降，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土與混凝土內部的溫度梯度，因而會造成溫差和溫度應力，使大體積混凝土出現裂縫。除了使用冷卻水管降低混凝土芯部溫度以外，還應避免用溫度過低的水直接澆淋混凝土養(yǎng)護，使混凝土表面溫度驟然下降，形成混凝土表面和芯部溫差過大，使混凝土產生裂縫。

2.4 混凝土的收縮變形

塑性收縮裂縫發(fā)生在混凝土硬化之前，混凝土仍處于塑性狀態(tài)。它的產生主要是上部混凝土的均勻沉降受到限制，如遇有鋼筋或大的混凝土骨料，或者平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難時，這樣就會形成不規(guī)則的深裂縫。這種裂縫通常是互相平行的，并且有相當的深度。這種裂縫不僅發(fā)生在大體積混凝土之中，而且平面尺寸較大、厚度較薄的結構構件也會出現這種裂縫。防止出現這種裂縫的最好辦法是，連續(xù)澆筑與修整抹面，并立即養(yǎng)護，保護混凝土防止風吹日曬。

2.5 混凝土的體積變形

混凝土終凝以后會發(fā)生體積變化，即可能收縮也可能膨脹。溫度較高，水泥用量較多，自身體積變形將趨于增大。所以在混凝土配合比的選配上要注意降低水泥用量，使用高效減水劑，降低混凝土的水膠比，添加適量的粉煤灰。這樣可以減少混凝土的收縮，避免收縮產生的裂縫。

2.6 干燥收縮

混凝土中的80%水分要蒸發(fā)，約20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分幾乎不引起收縮，隨著混凝土的繼續(xù)干燥而使20%的吸附水逸出，就會出現干燥收縮。由于表面的干縮受到中心部位混凝土的約束，因而在表面產生拉應力而出現裂縫。這里要特別注意施工完后要及時采用覆蓋灑水養(yǎng)護，保持混凝土表面濕潤，及時的補充混凝土的水分，防止混凝土的干縮。

2.7 混凝土勻質性的影響

混凝土拌和或澆筑時，由于坍落度不同，或采用的外加劑不同，石子粒徑或品種不同，以及振搗的密實度不同，都會影響混凝土的勻質性。由于勻質性的不同，造成混凝土的彈性模量不均勻，因而在收縮變形過程中導致應力集中，引起裂縫。

這里配合比的優(yōu)化及施工過程控制尤其重要:

(1)配合比的優(yōu)化選擇。配合比的設計要注意以下幾個性能:①混凝土的工作性能要好，無泌水、離析現象，同時要選擇合適的坍落度，一般承臺墩身等結構物宜選擇140～180mm;②混凝土的和易性要好，粘聚性要好，不泌漿等，并要注意選擇混凝土合適的砂率這樣可以保證混凝土的均勻性;③凝結時間要合適，根據施工的需要混凝土的夏季施工不宜過短，一般選擇大于300min較合適，這樣可以避免施工中混凝土分層中，時間過長造成上層混凝土初凝后，下層混凝土不易和上一層混凝土不融合的不均勻性。

(2)施工過程控制:嚴禁過搗或欠搗。過搗會造成混凝土離析分層;欠搗也能讓混凝土不密實和不均勻。一般以混凝土表面出現浮漿，不出現明顯氣泡為止。并在下一層的搗固中搗固棒要插入上一層混凝土，保證上下層混凝土的勻質性。

3 結束語

高性能混凝土的夏季施工雖然問題較多，但只要仔細分析產生問題的原因，針對不同的問題，提出相應的處理措施，高性能混凝土夏季施工易產生的裂縫是可以得到有效控制的。