大體積膨脹砼限制裂縫技術(shù)的思考

孔令武 于晴 周海濤

摘 要：大體積膨脹砼在工民建中應(yīng)用非常廣泛，使用效果普遍得到認(rèn)可，但在農(nóng)田水利工程中使用不多。本文從膨脹砼的應(yīng)用入手，結(jié)合工程實(shí)例，提出解決和防止砼早期干縮裂縫和中期水化熱引起的溫差收縮裂縫的方法和措施。

關(guān)鍵詞：砼;防止裂縫;技術(shù);應(yīng)用

大體積膨脹砼因使用原料不同、水灰配合比、具體施工操作、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及荷載受力情況等因素變化而出現(xiàn)不同程度的裂縫，這些結(jié)構(gòu)裂縫雖然不可能導(dǎo)致工程主體出現(xiàn)大問題，但是，對工程主體使用上，會有不小的影響。所以控制大體積砼裂縫的出現(xiàn)，就成為目前國內(nèi)外令人關(guān)注的重要課題。

1 大體積砼裂縫形成的因素

大體積砼工程主體在開始凝固強(qiáng)化過程中內(nèi)部水化熱能降溫?fù)]發(fā)很慢，溫度高。而和砼在后期形成主體有較大溫差，在整個(gè)凝固強(qiáng)化過程中和基礎(chǔ)接觸部分溫度底，因有基座的限制，很容易造成砼裂縫。不僅如此，當(dāng)年澆筑的砼隨季節(jié)時(shí)令變化溫度降低，大環(huán)境溫度變化，砼主體內(nèi)外溫度差異更大，也是造成砼主體出現(xiàn)裂縫的因素。第三方面，施工措施和方法處理不當(dāng)，也是造成大體積砼結(jié)構(gòu)裂縫另一重要因素。所以，進(jìn)一步優(yōu)化砼配合比、采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒ê褪┕ご胧?，采取更加有效的溫度控制方法和措施，對防止大體積砼造成裂縫是非常必要的。

2 大體積砼遏制裂縫的原理

在砼攪拌過程中添加適當(dāng)比率的膨脹劑，利用其與砼中水泥之間化學(xué)反應(yīng)，使的砼產(chǎn)生合理的膨脹量，砼因膨脹要受到內(nèi)部鋼筋構(gòu)件和相鄰位置構(gòu)件限制，造成鋼筋構(gòu)件在砼中形成生一定量的預(yù)應(yīng)力，該預(yù)應(yīng)力可以基本消除砼因溫度降低形成收縮和干縮時(shí)形成的拉力，達(dá)到了防止砼裂縫之目的。另外在施工空間、環(huán)境條件許可時(shí)，可以考慮增設(shè)強(qiáng)化帶，在膨脹強(qiáng)化帶使用膨脹量比鄰側(cè)較大些的砼，以強(qiáng)化效能。

大體積砼通過參合膨脹劑形成的膨脹率與膨脹劑的用量多少、砼的施工過程溫控條件、施工措施、鋼筋用量等有很大關(guān)系，在大體積砼中形成過量或過小的膨脹量都可能起不到砼遏制裂縫的目的。

3 如何設(shè)計(jì)大體積膨脹砼配合比

3.1 使用材料的選取

原材料選擇中，膨脹劑的選取是關(guān)鍵，其他材料的選擇，如：水泥、活性混合料、高效緩凝減水劑等等都必須和選取的膨脹劑相適應(yīng)。

（1）砼膨脹劑的選擇。膨脹劑的選擇要以建筑材料標(biāo)準(zhǔn)（JC_476-2001）混凝土膨脹劑的要求為準(zhǔn)，滿足其化學(xué)成分和物理性能的需要，更要重視所要求的限制膨脹率是否達(dá)標(biāo)。堿性低摻量少的高效砼膨脹劑“ZY”因?yàn)閾搅可?、堿性小、并且能達(dá)到膨脹效果良好、混凝土坍落度損失小、混凝土前后強(qiáng)化過程中收縮、干縮落差小等優(yōu)點(diǎn)在工民建工程建設(shè)過程中得到推廣使用。

（2）混凝土水泥的選擇。水泥在砼強(qiáng)化過程中水化熱大小，對砼構(gòu)件在強(qiáng)化過程中其內(nèi)部的溫度高低起到?jīng)Q定性作用，因此要選用水化熱低的水泥作為混凝土原材料。象硫鋁酸巖、鐵鋁酸鹽和高鋁水泥等水化熱較高的水泥建議禁止使用。

（3）混凝土減水劑的選擇。在砼攪拌過程中摻加適量的高效緩凝減水劑，即能保證砼作用功能不變，更能明顯減少攪拌水的用量，讓水灰比降低，砼的和易性得到改善，水泥使用量得以降低，水化熱產(chǎn)生的溫差減小。因此高效緩凝減水劑是大體積砼防止裂縫的首先材料。

（4）粉煤灰的用量選擇。在大體積砼攪拌過程中添加水泥用量的15%左右的粉煤灰，一方砼可以降低水泥量60kg左右，明顯減少水化熱形成的熱量，減少升溫量，從而達(dá)到因砼溫升造成裂縫的目的;另一方面，也對砂石骨料中有堿活性的，添加粉煤灰后，也起到一些抑制。

（5）混凝土骨料選擇。骨料中選用的沙子，應(yīng)當(dāng)盡量選用中、粗沙子，細(xì)度模數(shù)2.7左右，粒徑選用平均值在0.38mm以上，沙子含泥量要嚴(yán)格控制，不能大于1%，最好用水洗沙。這樣選擇用的沙子和用細(xì)沙子比較，每立方砼可少用23kg左右，而相應(yīng)水泥用量可少用30kg左右。因減少了水泥用量，和添加粉煤灰一樣道理減少砼的水化熱從而達(dá)到降低干縮量;砼中石子的選擇采用連續(xù)級配的骨料，但含泥量應(yīng)嚴(yán)格控制在3%以下，對防裂要求更高的構(gòu)件建議用水洗石子。

3.2 混凝土配合比選擇

膨脹砼構(gòu)件砼和一般砼配合比設(shè)計(jì)，其基本原理是一致的，但有幾個(gè)方面要重視的問題：

（1）從原則講，膨脹劑均可添加到各種水泥中，與其他砼添加劑一起使用，但是因?yàn)橄嗷ミm應(yīng)性不一樣，所以應(yīng)當(dāng)通過砼試配實(shí)驗(yàn)選擇，最終確定使用的水泥和添加劑。

（2）大體積膨脹砼的配合比，除了要滿足工程設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求、抗凍性能、抗?jié)B標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還必須要符合《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB119-88）中對補(bǔ)償收縮砼限制膨脹率的規(guī)定。

（3）膨脹劑作為內(nèi)摻添加劑，其添加量以替換膠凝材料的比率B表示。當(dāng)砼中所用膠凝材料為W時(shí)，添加膨脹劑量=W×B，而水泥用量=W（1-B）;當(dāng)在砼中添加粉煤灰T時(shí)，添加膨脹劑量=（W+T）B，而水泥用量=W（1-B），粉煤灰=T（1-B），這要反復(fù)試算調(diào)整至合理值。水的用量和膠凝材料比以小于0.5考慮。

（4）大體積膨脹砼膠凝材料用量一般高于300公斤/立方，真對“ZY”系列使用的膨脹添加劑，通常單方砼中膨脹添加劑代替膠凝材料的重量為30公斤/立方。按砼結(jié)構(gòu)部位和要求的不同，其添加量與膨脹率的關(guān)系見下表：

（5）在砼配合比方案實(shí)驗(yàn)過程中，主要關(guān)注增減膨脹添加劑添加量，讓砼中膨脹添加劑用量完全滿足水中14d齡期所限制膨脹量的標(biāo)準(zhǔn)，并繪制砼膨脹量和砼中單方膨脹劑使用量關(guān)系圖，用內(nèi)插法找到膨脹添加劑的添加量。至于水膠比的設(shè)計(jì)，僅能達(dá)到設(shè)計(jì)要求即可，不建議作特殊要求。

（6）大體積膨脹砼所設(shè)定的限制膨脹量對所采用的膠凝材料，如使用的粉煤灰、膨脹添加劑和水泥等質(zhì)量的好壞非常敏感。建議在施工現(xiàn)場增設(shè)實(shí)驗(yàn)室，在膨脹砼施工澆筑之前，直接采用施工現(xiàn)場所進(jìn)原料對膨脹砼的限制膨脹率作進(jìn)一步復(fù)核，最終確定膨脹添加劑用量，對膠凝材料批次有變化的也要重新復(fù)核。

4 建筑物范例

4.1 建筑物簡介

某水工建筑物結(jié)構(gòu)平面圖為喇叭狀，大、小口設(shè)計(jì)寬分別為1065m和23m，長為174m。底板厚為2m，頂板平均厚度為1.25m，砼設(shè)計(jì)標(biāo)號：C9030W6F150，膨脹強(qiáng)化帶砼標(biāo)號：C9035W6F150;建筑物整體為箱形。

4.2 配合比設(shè)計(jì)

4.3 膨脹強(qiáng)化帶布設(shè)

膨脹強(qiáng)化帶沿水流縱向布置，具體位置從腋角斜面鋼筋末端，第一排豎立鋼筋考慮，同時(shí)要結(jié)合強(qiáng)化帶離箱涵邊緣距離小于32m來布設(shè)。，膨脹強(qiáng)化帶寬度結(jié)合豎筋情況按照2.0m左右布設(shè)。（詳見范例橫斷面圖）

4.4 工程實(shí)施工藝措施

（1）混凝土攪拌。膨脹砼的攪拌的時(shí)間比普通砼攪拌時(shí)間要長，以加時(shí)30秒為宜，以保證砼更加均勻。

（2）混凝土澆筑工藝。膨脹強(qiáng)化帶砼和底板其他砼要連續(xù)同時(shí)澆筑，不能分開。澆筑過程中要軟連接，澆筑時(shí)兩種砼從同一個(gè)方向同時(shí)開始并進(jìn)入同時(shí)振搗等程序，兩種砼接觸部分工作面，用φ14@500鋼筋網(wǎng)架立筋隔離，以保證兩種砼即相互獨(dú)立，又無施工冷縫。

（3）溫控措施。施工季節(jié)對天氣溫度的要求在5℃～28℃之間，從建設(shè)成本考慮冬季低溫要停工歇業(yè)，夏季高溫可采用溫控措施施工：①攪拌站取用深層地下涼水噴淋石子砂料及運(yùn)輸車箱體以降低砼溫度;②用φ10～φ20塑料管布設(shè)在砼體內(nèi)，通冷卻循環(huán)水的以降低砼內(nèi)溫。冷卻循環(huán)水塑料管可以蛇行分布，相互間距1.0m左右。振搗完成后20個(gè)小時(shí)開始通水，每天兩次反方向送水，到6天左右進(jìn)出水溫差不大時(shí)停止。

4.5 范例成果

該主體工程膨脹砼自2007年建成投產(chǎn)使用，累計(jì)澆筑砼11.5萬立方，施工過程經(jīng)歷了一年四季，到目前工程質(zhì)量完好，未有裂縫出現(xiàn)。

5 結(jié)語

大體積砼構(gòu)件控制裂縫工作是一項(xiàng)繁重的綜合性工程，每一步的工作都要做實(shí)，來不得半點(diǎn)馬虎大意，涉及設(shè)計(jì)理念、材料選擇和施工工藝等方面。在材料取用上，重點(diǎn)要把握在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，在添加膨脹劑和高效緩凝減水劑以及活性混合料用量合理情況下，能最大量的減少水泥使用量，起到遲緩砼的凝結(jié)時(shí)間，降低砼中形成水化熱高峰值，使的砼在內(nèi)部溫度初降時(shí)，砼的抗拉性能得到長足增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)GB50107-2010.

[2]《預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（國標(biāo)）.建筑科學(xué)，1988（03）.

作者簡介：孔令武（1963—），男，漢族，山東寧陽人，專科，工程師，研究方向：農(nóng)田水利工程。