大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制措施

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簡介： 在現(xiàn)代橋梁建筑中，大體積混凝土的工程規(guī)模日趨擴大，為確保大體積砼施工質(zhì)量，除滿足強度等級、抗?jié)B要求外，關(guān)鍵要嚴格控制混凝土在硬化過程中引起的內(nèi)外溫差，防止因溫度應(yīng)力而造成混凝土產(chǎn)生裂縫。本文結(jié)合工程實踐和科研成果，分析了溫度裂縫產(chǎn)生的原因，提出了大體積混凝土結(jié)構(gòu)防止產(chǎn)生裂縫的措施。
關(guān)鍵字：大體積 混凝土 裂縫 控制

　　一、概述　　

　　美國混凝土學(xué)會的定義：任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，即最大限度減少開裂影響的，即稱為大體積混凝土。

　　日本建筑學(xué)會的標準的定義是：結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上；水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度和外界氣溫之差，預(yù)計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土。

　　我國《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》認為，建筑物的基礎(chǔ)最小邊尺寸在1～3m范圍內(nèi)就屬大體積混凝土。

　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較大，裂縫一般在混凝土澆注短期內(nèi)形成，此時設(shè)計荷載尚未作用于結(jié)構(gòu)上，因此由外荷載引起裂縫的可能性很小。但由于水泥的水化作用是放熱反應(yīng)，大體積混凝土自身又具有一定的保溫性能，因此其內(nèi)部溫升幅度較其表層的溫升幅度要大得多，而在混凝土升溫峰值過后的降溫過程中，內(nèi)部降溫速度又比其表層慢得多，在這些過程中，混凝土各部分的溫度變形及由于其相互約束及外界約束的作用而在混凝土內(nèi)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，是相當復(fù)雜的。一旦溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值時，混凝土就會出現(xiàn)裂縫。

　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)和施工組織都較復(fù)雜，施工時應(yīng)十分慎重，否則易出現(xiàn)質(zhì)量事故，造成不必要的損失。組織大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工，在模板、鋼筋和混凝土工程方面有許多技術(shù)問題要逐個解決。本文著重介紹大體積混凝土的裂縫控制。

　　二、裂縫產(chǎn)生的原因

　　 大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的。各類裂縫產(chǎn)生的主要影響因素如下：

　　1、水泥水化熱的影響

　　水泥水化過程中放出大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350Kg/m3～550 Kg/m3來計算，每m3混凝土將放出17500KJ～27500KJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部升高。（可達70℃左右，甚至更高）。尤其對于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴重。因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。

　　2、混凝土收縮的影響

　　混凝土在空氣中硬結(jié)時體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

　　3、外界氣溫濕度變化的影響

　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響?；炷羶?nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

　　4、其他因素的影響

　　建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降也會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫會隨著基礎(chǔ)沉降而不斷的增大，待地基下沉穩(wěn)定后，將不會變化。

　　混凝土配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫，一般是混凝土配合比中，粗骨料級配不連續(xù)、數(shù)量不夠，砂率及水灰比不當所造成的裂縫。

　　水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)也會產(chǎn)生裂縫。

　　三、防止產(chǎn)生裂縫的措施

　　大體積混凝土的裂縫破壞了結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性、危害嚴重，必須加以控制，大體積開裂主要是水化熱使混凝土溫度升高引起的，所以采用適當措施控制混凝土溫度升高和溫度變化速度，在一定范圍內(nèi)，就可避免出現(xiàn)裂縫。這些措施包含了混凝土施工的全過程，包括選擇混凝土組成材料、施工安排、澆筑前后降低混凝土的措施和養(yǎng)護保溫等。

　　1、優(yōu)選混凝土各種原材料

　　1.1、水泥的選擇

　　理論研究表明大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。因此在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍落度不受損失，可適度增加活性細摻料替代水泥。

　　1.2、骨料的選擇

　　在選擇粗骨料時，可根據(jù)施工條件，盡量選用粒徑較大、質(zhì)量優(yōu)良、級配良好的石子。既可以減少用水量，也可以相應(yīng)減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。

　　在選擇細骨料時，采用平均粒徑較大的中粗砂，從而降低混凝土的干縮，減少水化熱量，對混凝土的裂縫控制有重要作用。

　　1.3、摻加外加料和外加劑
摻加適量粉煤灰，可減少水泥用量，從而達到降低水化熱的目的。但摻量不能大于30%。

　　摻加適量的減水劑，它可有效地增加混凝土的流動性，且能提高水泥水化率，增強混凝土的強度，從而可降低水化熱，同時可明顯延緩水化熱釋放速度。?

　　2、設(shè)計優(yōu)化措施

　　2.1、精心設(shè)計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計準則，生產(chǎn)出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。

　　2.2、增配構(gòu)造筋提高抗裂性能。配筋應(yīng)采用小直徑、小間距。

　　2.3、避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中，在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強措施。

　　3、施工控制措施

　　3.1、控制混凝土入模溫度

　　入模溫度的高低，與出機溫度密切相關(guān)，另外還與運輸工具、運距、轉(zhuǎn)運次數(shù)、施工氣候等有關(guān)。

　　在溫度較高的情況下進行施工，可以在施工現(xiàn)場對堆在露天的砂石用布覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時對澆筑前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水。

　　如果是在冬季進行施工，因為要防止早期混凝土被凍問題，所以要求混凝土澆筑時應(yīng)該具有較高的澆筑溫度。在澆筑混凝土以前還應(yīng)該對基礎(chǔ)及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預(yù)熱，對原材料應(yīng)視氣溫高低進行加熱。

　　3.2、嚴格控制混凝土的澆筑速度，一次澆注的混凝土不可過高、過厚，以保證混凝土溫度均勻上升。保證振搗密實，嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，嚴防漏振及過振。

　　3.3、砼溫度控制、監(jiān)測與養(yǎng)生

　　1)、溫度控制、監(jiān)測

　　為降低大體積混凝土的水化熱，在混凝土的內(nèi)部通入冷卻循環(huán)水，采用循環(huán)法保溫養(yǎng)護，以便加快混凝土內(nèi)部的熱量散發(fā)。

　　為能夠較準確地測量出砼內(nèi)部溫度，在砼中預(yù)埋測溫管，用水銀溫度計測溫。上下層溫差控制在15~20℃之內(nèi)。根據(jù)各測點的溫度，可及時繪制出混凝土內(nèi)部溫度變化曲線，對照混凝土理論計算值，分析存在的問題，有的放矢地采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

　　3)、砼養(yǎng)護

　　砼養(yǎng)護是大體積砼施工中一項十分關(guān)鍵的工作。主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土的內(nèi)外溫差，促進砼強度的正常發(fā)展及防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

　　從砼澆筑完成到終凝這段時間的養(yǎng)護對砼而言十分重要?；炷翝仓戤吅?，在其頂面及時加以覆蓋，要求覆蓋嚴密，并經(jīng)常檢查覆蓋保濕效果。其主要作用有二：一是蓄水保溫，防止表面水分蒸發(fā)和抵抗受太陽輻射與刮風時溫度驟變，二是保持內(nèi)外溫差的穩(wěn)定。

　　3.4、健全施工組織管理：

　　在制訂技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施的同時，還需落實組織指揮系統(tǒng)，逐級進行技術(shù)交底，做到層層落實，確保順利實施。

　　四、結(jié)束語

　　對于混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，為此需要精心設(shè)計、施工，掌握住它的基本知識，并根據(jù)實際采取有較措施，會使施工質(zhì)量得到很好的保證。以上各項技術(shù)措施并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的，設(shè)計和施工中必須結(jié)合實際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。

　　實踐證明，在優(yōu)化配合比設(shè)計，改善施工工藝，提高施工質(zhì)量，做好溫度監(jiān)測工作及加強養(yǎng)護等方面采取有效技術(shù)措施，堅持嚴謹?shù)氖┕そM織管理，完全可以控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發(fā)生。