淺析大體積混凝土溫度裂縫控制的綜合措施

汪紹洪（金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華321017）

大體積混凝土裂縫的內(nèi)因是由于水泥水化熱引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過(guò)大引起不均勻變形而引起溫度應(yīng)力導(dǎo)致開裂;外因是因周圍存在著約束條件使混凝土變形得不到釋放導(dǎo)致混凝土開裂。為了防大體積混凝土的變形開裂，僅控制溫度是不夠的，還需采取一定的技術(shù)措施來(lái)防止混凝土的開裂?，F(xiàn)從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行探討。

1 裂縫控制的設(shè)計(jì)措施

1.1 平面和立面設(shè)計(jì)的要求

在混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻變形的時(shí)候很容易發(fā)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致開裂。當(dāng)一些工業(yè)和民用建筑的各種底板、立墻、頂板以及地下箱形基礎(chǔ)和其它特殊構(gòu)筑物遇到各種形狀的孔洞的時(shí)候，應(yīng)在應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施，適當(dāng)增加附加筋，以增強(qiáng)抗裂能力或做成漸變的過(guò)渡形式。

1.2 合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑、密間距

混凝土是以水泥為主要膠結(jié)材料，拌合一定比例的粗、細(xì)骨料和水，一般還加入少量的各種添加劑，經(jīng)過(guò)攪拌、注模、振搗、養(yǎng)護(hù)等工序，逐漸凝固硬化而成的人工混合材料。由于組成混凝土材料的非均勻性以及一些施工和環(huán)境因素而引起混凝土的非均勻性和不等向性，混凝土一直被認(rèn)為是“脆性”材料，當(dāng)混凝土變形不均而產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，受拉的混凝土截面上的各點(diǎn)的受力是很不均勻的，應(yīng)力會(huì)在混凝土的薄弱環(huán)節(jié)集中，當(dāng)應(yīng)力集中點(diǎn)的應(yīng)力引起的變形超過(guò)混凝土的極限拉伸時(shí)，在應(yīng)力集中處出現(xiàn)裂縫。如進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浣?，雖然適當(dāng)?shù)呐浣畈荒苡行У淖柚沽芽p的產(chǎn)生，約束混凝土的塑性變形，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和減小裂縫的寬度，提高了混凝土的極限拉伸。

1.3 避免采用高強(qiáng)混凝土

采用高強(qiáng)混凝土雖然可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，但是混凝土的抗拉強(qiáng)度隨著抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，而且高強(qiáng)混凝土明顯呈現(xiàn)出“脆性”，極限應(yīng)變變小，更容易產(chǎn)生裂縫。高強(qiáng)混凝土可采用提高水泥的標(biāo)號(hào)、減小水灰比或者使用各種聚合物作為膠結(jié)材料來(lái)代替水泥，這使施工過(guò)程和施工質(zhì)量難以保證，提高了工程造價(jià)。所以，基礎(chǔ)混凝土宜選用中低強(qiáng)度混凝土，強(qiáng)度等級(jí)宜在C20-C35的范圍內(nèi)選用，利用后期強(qiáng)度R60。

1.4 采用滑動(dòng)層來(lái)減小基礎(chǔ)的約束

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因之一就是因?yàn)樵诖篌w積混凝土彈性模量變大發(fā)生收縮變形的時(shí)候，混凝土周圍的約束條件約束混凝土發(fā)生變形，對(duì)混凝土產(chǎn)生收縮應(yīng)力使混凝土產(chǎn)生裂縫。為了避免因約束條件而使混凝土在收縮的時(shí)候產(chǎn)生裂縫，可在澆筑混凝土前在地基上設(shè)置一氈一油或一氈二油用來(lái)減小基礎(chǔ)和地基的約束，降低混凝土內(nèi)部的約束應(yīng)力。

2 裂縫控制的材料措施

混凝土是一種以水硬性的水泥為主要的膠結(jié)材料，以各種礦物成分的粗細(xì)骨料為基體拌合而成的人工混合材料。在混凝土中，砂、石等粗細(xì)骨料的體積占混凝土體積的70%以上，主要起骨架作用。水泥與水形成水泥漿，包裹骨料周圍并填充在混凝土中的孔隙內(nèi)?；炷林懈鞣N組成材料的選擇以及混凝土配合比的確定，影響著混凝土的質(zhì)量、水泥水化熱的大小，溫差變形和溫度應(yīng)力以及混凝土抗裂能力。

2.1 水泥的選擇

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的最主要的原因是因?yàn)樗嗨瘯r(shí)釋放出大量的熱量在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。為此，在施工中應(yīng)合理的選用低熱和中熱水泥以及盡量減少單位水泥用量，從根本上控制因水泥的水化熱引起的溫升。一般來(lái)說(shuō)水泥用量每增減l0kg，溫度亦相應(yīng)升降1℃。

另外，為了降低因水泥水化產(chǎn)生的熱量引起的溫升，在保證基礎(chǔ)有足夠的強(qiáng)度滿足使用要求的前提下，可以利用混凝土60天或90天的后期強(qiáng)度，這樣既可以避免混凝土在前期就釋放出大量的水化熱而使混凝土產(chǎn)生較大的溫差，也可以減少混凝土中水泥的用量，以降低混凝土澆筑塊體的溫升。

2.2 骨料的選擇

在混凝土中，砂、石等粗細(xì)骨料的體積占混凝土體積的70%以上，起到骨架的作用。在選用骨料的時(shí)候應(yīng)優(yōu)先選用熱學(xué)性能好的骨料。因骨料占混凝土組成比例的絕大部分，因此混凝土的熱學(xué)性能在很大程度上取決于骨料的礦物性質(zhì)，優(yōu)先選用熱學(xué)性能好的骨料是混凝土溫度控制的基本措施之一。目前，我國(guó)各地工程所需的骨料是就地取材的天然骨料，對(duì)于天然骨料應(yīng)該按規(guī)范要求進(jìn)行物理力學(xué)性能試驗(yàn)。

配置大體積混凝土所用的骨料的質(zhì)量應(yīng)滿足以下條件

1）細(xì)骨料宜采用天然砂，其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》；

2）粗骨料的種類應(yīng)按基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求確定，其質(zhì)量除了應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土所用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》外，還應(yīng)滿足含泥量不大于1.5%。

2.3 摻用混合材料

在混凝土中摻用適當(dāng)?shù)幕旌喜牧峡梢詼p少水泥的用量，可降低混凝土的絕熱溫升、提高混凝土抗裂能力，目前在混凝土中摻用較多的混合材料是粉煤灰。

2.4 摻用聚丙烯網(wǎng)狀纖維

在混凝土中摻入聚丙烯網(wǎng)狀纖維是利用“抗”的方法來(lái)阻止裂縫的出現(xiàn)和裂縫的開展。其原理主要在于，混凝土中水泥作為膠凝材料來(lái)握裹聚丙烯網(wǎng)狀纖維，這些聚丙烯網(wǎng)狀纖維起到微細(xì)配筋作用，利用水泥和聚丙烯網(wǎng)狀纖維之間的握裹力來(lái)消耗混凝土變形開裂能量、調(diào)高混凝土的韌性、掌托骨料和減少混凝土離析泌水，從而控制水泥基體內(nèi)部微細(xì)裂縫的生成和擴(kuò)展，提高混凝土的抗裂性能。

3 裂縫控制的施工措施

3.1 大體積混凝土的拌制與輸送

1）改進(jìn)混凝土攪拌工藝。

采用二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，可以有效防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上，使硬化后界面過(guò)渡層結(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)力增大，從而提高混凝土強(qiáng)度10%或節(jié)約水泥5%，并進(jìn)一步減少水化熱和裂縫。

2）控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度。

為了降低混凝土的總溫升，減少大體積工程結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差，控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度也是一個(gè)重要措施。

為了降低混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度，最有效的方法是降低原料溫度。原材料提前幾天進(jìn)站，水泥則提前一周進(jìn)站入罐冷卻?；炷林惺颖葻彷^小，但每立方米混凝土中石子所占重量最大，所以最有效的辦法是降低石子溫度。在氣溫較高時(shí)，為了防止太陽(yáng)直接照射，可以在砂石堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽(yáng)棚，必要時(shí)可向集料噴淋霧狀水，或者在使用前用冷水沖洗集料。國(guó)外也有的攪拌混凝土?xí)r加冰塊冷卻。除此之外，攪拌運(yùn)輸車罐體、泵送管道保溫、冷卻也是必要的措施。

3.2 大體積混凝土的澆筑與搗固

1）混凝土的澆筑

大體積混凝土的澆筑方法可采用分層澆筑或推移式連續(xù)澆筑。

(1)分層澆筑

分層連續(xù)澆筑法是目前大體積混凝土施工中普遍采用的方法。分層連續(xù)澆筑一是便于振搗，易保證混凝土的澆筑質(zhì)量;二是可利用混凝土層面散熱，對(duì)降低大體積混凝土澆筑塊的溫升有利。

(2)推移式連續(xù)澆筑

對(duì)于工程量較大、澆筑面積大、一次連續(xù)澆筑層厚度不大(一般不超過(guò)3m)，且澆筑能力不足時(shí)的混凝土工程，宜采用推移式連續(xù)澆筑法。

分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑，其層間的間隔時(shí)間應(yīng)盡量縮短，必須在前層混凝土初凝之前，將其次層混凝土澆筑完畢。層間最長(zhǎng)的時(shí)間間隔應(yīng)不大于混凝土的初凝時(shí)間。

混凝土的攤鋪厚度應(yīng)根據(jù)所用振搗器的作用深度及混凝土的和易性確定。當(dāng)采用泵送混凝土?xí)r，混凝土的攤鋪厚度宜不大于600mm。

2）混凝土的振搗

混凝土在振搗時(shí)，應(yīng)將振動(dòng)棒插入下一層混凝土內(nèi)約5cm，以消除上下層之間的接縫，使混凝土獲得更好的整體性。

對(duì)已澆筑的混凝土，在終凝前進(jìn)行二次振動(dòng)，可排除混凝土因泌水在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分，提高粘結(jié)力和抗拉強(qiáng)度，并減少內(nèi)部裂縫與氣孔，提高抗裂性。

3.3 大體積混凝土表面處理與養(yǎng)護(hù)

1）混凝土表面處理

用木抹子進(jìn)行表面提漿找平處理，以閉合水裂縫，初步標(biāo)高用長(zhǎng)刮桿刮平，再用木抹子收壓兩遍，這樣既能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，又能防止因混凝土沉落而出現(xiàn)裂縫，減少內(nèi)部微裂，增加混凝土密實(shí)度，提高混凝土抗裂性能。在混凝土二次收面時(shí)立即覆蓋一層彩條布，并澆水養(yǎng)護(hù)。及時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)輸車輛，防止壓車，斷車而造成坍落度損失，影響泵送和基礎(chǔ)澆筑質(zhì)量。

2）混凝土自然養(yǎng)護(hù)。

(1)保濕養(yǎng)護(hù)

混凝土表面經(jīng)過(guò)二次抹壓后，立即覆蓋塑料薄膜，防止水份蒸發(fā)，保持混凝土處于潮濕狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)。特別是對(duì)于摻入U(xiǎn)EA膨脹劑的混凝土，在最初14d內(nèi)，必須潮濕養(yǎng)護(hù)，方能促使膨脹劑充分發(fā)揮膨脹作用。

(2)保溫養(yǎng)護(hù)

保溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)保持混凝土表面濕潤(rùn)。保溫可以提高混凝土的表面抗裂能力。有資料表明，潮濕養(yǎng)護(hù)時(shí)，混凝土極限拉伸值比干燥養(yǎng)護(hù)時(shí)要大20%~50%。

在常溫季節(jié)，混凝土終凝后也可采取蓄水養(yǎng)護(hù)的辦法，替代前兩種保濕保溫養(yǎng)護(hù)辦法。根據(jù)混凝土內(nèi)外溫差數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整蓄水高度，也能收到預(yù)期效果。對(duì)于東部悶熱地區(qū)也常采用濕麻袋覆蓋等辦法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)把大體積混凝土溫度裂縫控制機(jī)理及措施應(yīng)用于實(shí)際工程中，通過(guò)對(duì)材料的選擇以及在混凝土澆筑工程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，成功的阻止了筏板基礎(chǔ)等大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。從而說(shuō)明本文所采取的溫控措施是合理的和有效的。

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