關(guān)于大體積混凝土澆筑技術(shù)的初步探討

李春杰馬國(guó)茹

(1.日照市城市排水管理處,山東日照 276800;2.日照市城市排水有限責(zé)任公司,山東日照 276800)

關(guān)于大體積混凝土澆筑技術(shù)的初步探討

李春杰1馬國(guó)茹2

(1.日照市城市排水管理處,山東日照 276800;2.日照市城市排水有限責(zé)任公司,山東日照 276800)

在工程結(jié)構(gòu)大體積混凝土的澆筑中,若施工控制不當(dāng),極易引起較為嚴(yán)重的后果,使工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害性裂縫,影響工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與質(zhì)量要求。所以,在澆筑大體積混凝土的施工中,一定要采取有效措施確?；炷恋馁|(zhì)量。本文將對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)要分析,并對(duì)在工程施工中采取的措施提出一些可以借鑒的方法。

大體積混凝土 裂縫 澆筑 措施

大體積混凝土的概念：我國(guó)《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2009里規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土，稱(chēng)之為大體積混凝土。

我國(guó)目前正在建造工程中的大型設(shè)備的基礎(chǔ)、大型結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物、給排水工程、高級(jí)和特殊功能建筑的箱型基礎(chǔ)、有較高的承載能力的樁基和厚承臺(tái)等各種規(guī)模較大的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，都采用大體積混凝土澆筑技術(shù)。大體積混凝土已大量用于工業(yè)和民用建筑之中。在混凝土構(gòu)筑物的整體澆注中，為避免裂縫的生成，對(duì)它的施工技術(shù)提出了更高的要求。

1 大體積混凝土澆筑中產(chǎn)生裂縫的機(jī)理

1.1 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的幾種形式

根據(jù)其物質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)分為兩種裂縫：肉眼看不到的微觀裂縫和肉眼可見(jiàn)的宏觀裂縫。

宏觀裂縫按深度的類(lèi)型又分為表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫三種。混凝土表面裂縫通常是在干燥收縮變形和混凝土自己的溫度場(chǎng)變化、內(nèi)部約束或由于氣溫驟降引起的，一般不能形成貫穿裂縫或深層裂縫；深層裂縫出現(xiàn)在脫離的基礎(chǔ)的限制范圍之外的表面裂縫，在經(jīng)歷較長(zhǎng)的冷卻過(guò)程中的發(fā)展后，在混凝土砌塊里面形成一個(gè)溫度梯度陡的復(fù)雜性溫度場(chǎng)，從而使裂縫以縱深發(fā)展的形式而形成深層裂縫，但其內(nèi)部仍然是連續(xù)的； 基礎(chǔ)貫穿裂縫是切斷混凝土結(jié)構(gòu)的大裂縫，是由混凝土變形由外部約束所發(fā)生，使其整個(gè)橫截面均受拉應(yīng)力，這種情況下，只要出現(xiàn)裂縫，便會(huì)形成貫穿裂縫。

微裂縫存在于所有混凝土結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)規(guī)范中已考慮到微裂縫對(duì)混凝土強(qiáng)度和抗裂性的影響，它的存在是正常現(xiàn)象。

1.2 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

(1)溫度，它作為一個(gè)變形因素，在混凝土結(jié)構(gòu)中造成的裂縫，有表面裂縫和貫穿裂縫兩種形式。在工程施工期間產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫，主要是水泥水化熱引起的溫度變化所致。由于內(nèi)外溫差所產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變，一旦溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土所能承受的拉伸強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。

(2)水泥水化熱，水泥水化過(guò)程會(huì)釋放一定程度的熱，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)通常會(huì)橫截面較厚，水泥釋放的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不容易分發(fā)。隨著混凝土齡期增長(zhǎng)，彈性模量隨之增加，混凝土內(nèi)部冷卻收縮的約束力將越來(lái)越大，以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土拉伸強(qiáng)度不足以抵抗這樣的拉應(yīng)力時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)便開(kāi)始出現(xiàn)溫度裂縫。

(3)外屆溫度變化，大體積混凝土施工階段，由于外部空氣影響，外界溫度越高，混凝土澆筑溫度也越高； 外部溫度下降，也增加了混凝土的冷卻速度。特別是氣溫驟降，將大大增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土溫度梯度。溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。在這種情況下，將導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的力的不平衡造成裂縫。

(4)約束條件，各種結(jié)構(gòu)中的變形變化過(guò)程中，是受一定的“約束”或“抑制”而阻礙結(jié)構(gòu)變形的現(xiàn)象，這就是指的約束。大體積混凝土由于溫度變化會(huì)產(chǎn)生變形，而這變形受到約束會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力，這是溫度變化引起應(yīng)力狀態(tài)。而當(dāng)應(yīng)力超過(guò)一個(gè)值時(shí)他們便會(huì)導(dǎo)致裂縫的發(fā)生。

(5)混凝土收縮變形，混凝土中八成的水分需要蒸發(fā)，約兩成的水是水泥硬化必要的條件?；炷了a(chǎn)生的體積變形稱(chēng)為“自身體積變形”，變形的主要影響取決于膠凝材料的性質(zhì)。對(duì)于普通水泥混凝土大多為收縮變形，少數(shù)的為擴(kuò)張變形。額外的水分蒸發(fā)可能會(huì)導(dǎo)致混凝土體積收縮，這種收縮變形不受約束條件的影響。如果有約束就可能會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，并會(huì)隨著混凝土齡的增長(zhǎng)而發(fā)展。

2 大體積混凝土澆筑過(guò)程中采取的措施

2.1 設(shè)計(jì)控制措施

盡可能選擇強(qiáng)度水平低的混凝土，充分利用混凝土的后期強(qiáng)度。在混凝土早齡期，混凝土負(fù)載遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷值?？梢允褂玫幕炷?0d或90d的后期強(qiáng)度，盡可能降低混凝土中水泥用量，以減少混凝土澆筑塊水化熱溫度。大體積混凝土水泥的強(qiáng)度宜在C25—C35的范圍內(nèi)使用，水泥用量最好的不超過(guò)380kg/m3。

應(yīng)該使用直徑較小的、密度均勻分布的方式布筋，防止水化熱溫度和收縮引起的應(yīng)力影響。要適當(dāng)提高配筋率，提高混凝自身的極限拉伸應(yīng)變和混凝土抗收縮變形的能力，以防止因混凝土自己的收縮產(chǎn)生大量的應(yīng)力集中點(diǎn)，使混凝土結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)塑性變形裂縫。

2.2 施工控制措施

合理選擇原材料、優(yōu)化混凝土配合比，控制混凝土的溫升、提高混凝土抗拉強(qiáng)度和極限拉伸變形能力、降低線(xiàn)性膨脹系數(shù)等。

(1)采用低水化熱、高強(qiáng)度水泥。以減少水泥水化熱，提高混凝土抗裂性能力。應(yīng)要求制定混凝土中使用的水泥7天的水化熱不超過(guò)25kJ/kg。

(2)采用導(dǎo)熱性好、線(xiàn)性膨脹系數(shù)小、分級(jí)合理的骨料。減少混凝土溫度應(yīng)力。根據(jù)結(jié)構(gòu)的最小橫截面尺寸和抽送水泥管內(nèi)徑，選擇一個(gè)合理的最大粒徑，盡可能選擇較大的顆粒尺寸。

(3)優(yōu)化的混凝土組合。以確?；炷恋膹?qiáng)度和流動(dòng)性條件下，盡量節(jié)省水泥用量、減少混凝土的水化熱溫升。在保證混凝土設(shè)計(jì)要求的前提下，適當(dāng)降低水灰比，適量混合粉煤灰，以減少水泥用量，減少混凝土絕熱溫升，以改善混凝土抗裂性能力。

(4)摻雜外加劑以減緩混凝土水化熱的發(fā)生速率。適當(dāng)?shù)氖褂镁從郎p水劑和微膨脹劑，以減少大體積混凝土體積收縮影響，以減少混凝土可以開(kāi)裂的可能性。

(5)減少混凝土進(jìn)入模具的溫度?？刂苹炷羶?nèi)外溫差，當(dāng)沒(méi)有設(shè)計(jì)要求時(shí)，控制在二十五日攝氏度以下為宜，如采用降低混和水溫度、用水沖洗冷卻骨料溫度、避免曝曬等措施。

(6)適當(dāng)?shù)脑O(shè)置后澆帶。以減少外應(yīng)力和溫度應(yīng)力，也有利于散熱和減少混凝土內(nèi)部溫度。

(7)強(qiáng)制降溫。可以在混凝土結(jié)構(gòu)中嵌入冷水管，由循環(huán)水將混凝土內(nèi)部熱量帶出。降低混凝土內(nèi)部溫度。

2.3 保養(yǎng)措施

(1)保溫養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工的關(guān)鍵。保溫養(yǎng)護(hù)的目的主要是減少大體積混凝土澆筑塊和外部溫度的差值，降低混凝土砌塊的冷卻速度，充分利用混凝土的拉伸強(qiáng)度，提高混凝土砌塊承受溫度應(yīng)力時(shí)的抗裂性的能力。達(dá)到防止和控制溫度裂縫的目的。

(2)混凝土澆筑后4～6小時(shí)，可能會(huì)在表面上出現(xiàn)塑性裂縫?？捎枚螇汗饣蚨螡补鄬犹幚怼Ｓ盟芰媳∧?，秸稈布等，作為混凝土表面的保溫材料，在寒冷季節(jié)可以架設(shè)擋風(fēng)保溫棚，覆蓋層厚度應(yīng)根據(jù)溫度控制指標(biāo)的要求計(jì)算確定。其他具有保溫性能良好的材料也可用于混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)中。在大體積混凝土施工中，它可以因地制宜地使用保溫性能好，價(jià)格便宜的材料，作為大體積混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)材料。

(3)在大體積混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，不得用強(qiáng)制的、不均勻的冷卻措施，否則極易使大體積混凝土因溫度不平衡而出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土施工中，無(wú)論使用鋼模板還是木模板，在模板拆除后，都應(yīng)根據(jù)大體積混凝土澆筑塊內(nèi)部的實(shí)際溫度場(chǎng)情況，按溫度控制指標(biāo)的要求采取必要的保溫措施。

2.4 監(jiān)測(cè)措施

(1)澆注過(guò)程監(jiān)控，監(jiān)測(cè)混凝土澆筑溫度，以確保澆注溫度不要超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)，以控制混凝土澆筑后的溫度峰值。其中還包括混凝土攪拌、混凝土原料、混凝土運(yùn)輸過(guò)程溫度監(jiān)測(cè)，使混凝土從生產(chǎn)到澆筑全過(guò)程的溫度在正?？煽胤秶?。

(2)養(yǎng)護(hù)時(shí)的檢測(cè)，在大體積混凝土保溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)混凝土砌塊和外部的溫度差、冷卻速度進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行溫度控制。

3 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土澆筑工程，是目前施工中應(yīng)用較多的一項(xiàng)技術(shù)。在施工過(guò)程中，只要合理設(shè)計(jì)，合理規(guī)范施工方案，采取有效措施，仔細(xì)落實(shí)好各個(gè)施工環(huán)節(jié)，妥善作好澆筑后的養(yǎng)護(hù)工作，有效控制混凝土溫度，就會(huì)杜絕大體積混凝土有害裂縫的產(chǎn)生，使所建大體積混凝土工程滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與質(zhì)量要求。

[1]王鐵夢(mèng).談控制混凝土工程收縮裂縫的18個(gè)主要因素.混凝土, 2003.11.

[2]張少鋒.大體積混凝土溫度裂縫的控制.土木工程,2009.1.

[3]侯君偉.現(xiàn)澆混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,2003.6.

李春杰(1978— ),男,河北景縣人,本科,畢業(yè)于大連理工大學(xué);單位:日照市城市排水管理處。馬國(guó)茹(1978— ),女,山東臨沂人,大專(zhuān),畢業(yè)于山東煙臺(tái)大學(xué);單位:日照城市排水有限責(zé)任公司。