大體積混凝土裂縫防治

張巖

在現(xiàn)今的建筑施工中大體積混凝土澆筑越來(lái)越多，大體積混凝土應(yīng)該如何控制質(zhì)量，怎樣進(jìn)行防裂和溫度控制則非常重要。

大體積混凝土的定義：大體積混凝土指的是最小斷面尺寸大于等于1m的混凝土結(jié)構(gòu)，其尺寸已經(jīng)大到必須采用相應(yīng)的技術(shù)措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫開(kāi)展的混凝土結(jié)構(gòu)。有時(shí)結(jié)構(gòu)雖然斷面不大，但水泥的水化熱較大，也應(yīng)按大體積混凝土考慮。大體積混凝土對(duì)平面尺寸也有一定限制。因?yàn)槠矫娉叽邕^(guò)大，約束作用所產(chǎn)生的溫度力也愈大，如采取控制溫度措施不當(dāng)，溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土所能承受的拉力極限值時(shí)，則易產(chǎn)生裂縫。

大體積混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫按深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結(jié)構(gòu)的斷面，可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較嚴(yán)重的;而深層裂縫部分地切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定危害性;表面裂縫一般危害性較小。出現(xiàn)裂縫并不是絕對(duì)地影響結(jié)構(gòu)安全，它都有一個(gè)最大允許值。處于室內(nèi)正常環(huán)境的一般構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.3mm;處于露天或室內(nèi)高濕度環(huán)境的構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.2mm。

大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫，一方面是混凝土內(nèi)部因素：由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的;另一方面是混凝土的外部因素：結(jié)構(gòu)的外部約束和混凝土各質(zhì)點(diǎn)間的約束，阻止混凝土收縮變形，混凝土抗壓強(qiáng)度較大，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，混凝土抗拉強(qiáng)度卻很小，所以溫度應(yīng)力一旦超過(guò)混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。這種裂縫的寬度在允許限值內(nèi)，一般不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，但卻對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性有所影響，因此必須予以重視和加以控制。

產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾方面：

1.水泥水化熱。水泥在水化過(guò)程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對(duì)較小，所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無(wú)法及時(shí)散發(fā)出去，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大。當(dāng)砼的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時(shí)，便開(kāi)始產(chǎn)生溫度裂縫。這就是大體積砼容易產(chǎn)生裂縫的主要原因。

2.外界氣溫變化。溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形造成的;溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。同時(shí)，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達(dá)60～65℃，并且有較長(zhǎng)的延續(xù)時(shí)間。

3.混凝土的收縮。混凝土中約20℅的水分是水泥硬化所必須的，而約80℅的水分要蒸發(fā)。多余水分的蒸發(fā)會(huì)引起混凝土體積的收縮。混凝土收縮的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復(fù)膨脹并幾乎達(dá)到原有的體積。干濕交替會(huì)引起混凝土體積的交替變化，這對(duì)混凝土是很不利的。

4.約束條件。大體積鋼筋混凝土與地基澆筑在一起，當(dāng)早期溫度上升時(shí)產(chǎn)生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應(yīng)力。由于砼的彈性模量小，徐變和應(yīng)力松弛度大，使砼與地基連接不牢固，因而壓應(yīng)力較小。但當(dāng)溫度下降時(shí)，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，若超過(guò)砼的抗拉強(qiáng)度，砼就會(huì)出現(xiàn)垂直裂縫。

那么如何防止大體積混凝土產(chǎn)生有害裂縫呢？

一、首先大體積混凝土所選用的原材料應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.粗骨料宜采用連續(xù)級(jí)配，細(xì)骨料宜采用中砂。

2.外加劑宜采用緩凝劑、減水劑;摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等。

3.大體積混凝土在保證混凝土強(qiáng)度及坍落度要求的前提下，應(yīng)提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。

4.水泥應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。

5.大體積混凝土配合比應(yīng)符合下列規(guī)定：大體積混凝土配合比的設(shè)計(jì)除應(yīng)符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、耐久性、抗?jié)B性、 體積穩(wěn)定性等要求外，尚應(yīng)符合大體積混凝土施工工藝特性的要求，并應(yīng)符合合理使用材料、降低混凝土絕熱溫升值的原則。

二、其次大體積防水混凝土的施工，應(yīng)采取以下措施：

1.在設(shè)計(jì)許可的情況下，采用混凝土60d強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度;

2.在炎熱季節(jié)施工時(shí)，采取降低原材料溫度、減少混凝土運(yùn)輸時(shí)吸收外界熱量等降溫措施;

3.混凝土內(nèi)部預(yù)埋管道，進(jìn)行水冷散熱;

4.大體積混凝土工程的施工宜采用分層連續(xù)澆筑施工或推移式 連續(xù)澆筑施工。使混凝土沿高度均勻上升;澆筑應(yīng)在室外氣溫較低時(shí)進(jìn)行，混凝土澆筑溫度不宜超過(guò)28℃。混凝土澆筑溫度系指混凝土振搗后，在混凝土50㎜～100㎜深處的溫度。應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行均勻分段、分層澆筑。當(dāng)橫截面 面積在200m以內(nèi)時(shí)，分段不宜大于2段;當(dāng)橫截面面積在300m以內(nèi)時(shí)， 分段不宜大于3段，且每段面積不得小于50m。每段混凝土厚度應(yīng)為1.5m～2.0m。段與段間的豎向施工縫應(yīng)平行于結(jié)構(gòu)較小截面尺寸方向。當(dāng)采用分段澆筑時(shí)，豎向施工縫應(yīng)設(shè)置模板。上、下兩鄰層中的豎向施工縫應(yīng)互相錯(cuò)開(kāi)。當(dāng)采用泵送混凝土?xí)r，混凝土澆筑層厚度不宜大于500mm;當(dāng)采用非 泵送混凝土?xí)r，混凝土澆筑層厚度不宜大于300mm。大體積混凝土施工采取分層間歇澆筑混凝土?xí)r，水平施工縫設(shè)置除應(yīng) 符合設(shè)計(jì)要求外，尚應(yīng)根據(jù)混凝土澆筑過(guò)程中溫度裂縫控制的要求、混凝土的供應(yīng)能力、鋼筋工程的施工、預(yù)埋管件安裝等因素確定。大體積混凝土在澆筑過(guò)程中，應(yīng)采取措施防止受力鋼筋、定位筋、預(yù) 埋件等移位和變形。大體積混凝土澆筑面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次抹壓處理。

5.采取保溫保濕養(yǎng)護(hù)。對(duì)大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)，應(yīng)根據(jù)氣候條件按施工技術(shù)方案采取控溫措施，并按需要測(cè)定澆筑后的混凝土表面和內(nèi)部溫度，將溫差控制在設(shè)計(jì)要求的范圍以內(nèi)。混凝土中心溫度與表面溫度的差值不應(yīng)大于25℃，混凝土表面溫度與大氣溫度的差值不應(yīng)大于20℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于14d。并應(yīng)控制降溫速率：大體積砼的溫度變化曲線一般先是一個(gè)升溫過(guò)程，升到最高點(diǎn)后就慢慢降溫，升溫的速度要比降溫的速度大。

砼養(yǎng)護(hù)可遵循降溫速率"前期大后期小"的原則。因養(yǎng)護(hù)前期砼處于升溫階段，彈性模量、溫度應(yīng)力較小，而抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，在保證砼表面濕潤(rùn)的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量少覆蓋，讓其充分散熱，以降低砼的溫度，亦即養(yǎng)護(hù)前期砼降溫速率可稍大。養(yǎng)護(hù)后期砼處于降溫階段，彈性模量增加較快，溫度應(yīng)力較大，應(yīng)加強(qiáng)保溫，控制降溫速率。

雖然大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，但只要嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定施工，認(rèn)真積極的探索裂縫產(chǎn)生的原因，及早采取相應(yīng)的預(yù)防措施，就能有效地控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫。

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