防止大體積砼溫度裂縫的施工技術(shù)探討

武　坤

摘要：隨著國(guó)內(nèi)高層建筑的興起，我國(guó)在建筑設(shè)計(jì)、施工技術(shù)等方面都有了飛速的進(jìn)展，但也出現(xiàn)了許多嶄新的技術(shù)課題亟待解決，大體積砼的溫度裂縫控制就是其中之一。鑒于此，本文對(duì)防止大體積砼溫度裂縫的施工技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：大體積砼溫度裂縫施工技術(shù)

0引言

大體積混凝土在固化過(guò)程釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用。由此而產(chǎn)生的溫度和收縮應(yīng)力是導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的主要因素，從而影響基礎(chǔ)的整體性、防水性和耐水性，成為結(jié)構(gòu)的隱患。

1大體積砼溫度裂縫的產(chǎn)生機(jī)理

大體積砼是指結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80厘米以上，同時(shí)水化熱引起的混凝土內(nèi)最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計(jì)超過(guò)25℃的混凝土。大體積砼結(jié)構(gòu)在施工中容易產(chǎn)生裂縫，長(zhǎng)期的工程實(shí)踐表明，造成大體積鹼出現(xiàn)裂縫的因素極其復(fù)雜而且是多方面的。其中有：①鹼配合比設(shè)計(jì)上的問(wèn)題：水泥用量大，水泥發(fā)熱量大，造成鹼水化熱溫升過(guò)高，溫度變化急烈；水灰比大，灰漿量大，造成硅收縮量過(guò)大；原材料性能不良，造成鹼本身抗裂能力低。②鹼施工質(zhì)量上的問(wèn)題：下料不均勻，振搗不密實(shí)：澆筑安排不善，硅內(nèi)部形成冷縫。③硅養(yǎng)護(hù)上的問(wèn)題：硅表面裸露干燥，風(fēng)吹日曬，同部與表面溫差過(guò)大；外界氣溫驟降時(shí)鹼表面無(wú)保溫措施。④結(jié)構(gòu)型式及構(gòu)造上的問(wèn)題：幾何尺寸大，超長(zhǎng)超厚；形狀突變處未妥善處理：配筋不合理。⑤地基問(wèn)題：基礎(chǔ)約束面受強(qiáng)約束，沉降不均勻等等。在上述眾多因素當(dāng)中。比較突出的問(wèn)題之一是硅內(nèi)部由于水泥水化熱釋放引起硅內(nèi)部劇烈的溫度變化，這也是導(dǎo)致硅開(kāi)裂的主要原因。由于水泥的水化熱釋放主要集中在早期，使混凝土在澆筑后短短幾天其內(nèi)部溫升就很快上升到最高峰，隨后開(kāi)始降溫?；炷翜囟鹊倪@種變化可能造成兩種后果：首先，在混凝土升溫期，砼表面散熱條件好，熱量向大氣散發(fā)，溫度上升較少，而內(nèi)部則散熱少，溫度持續(xù)上升，這樣形成的內(nèi)表溫差會(huì)在砼表層產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。當(dāng)該拉應(yīng)力超過(guò)砼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，砼表面將產(chǎn)生裂縫。其次，在砼后期降溫過(guò)程，由于溫度下降引起砼體積收縮變形，這種變形受到地基及結(jié)構(gòu)邊界約束時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力。當(dāng)該拉應(yīng)力超出砼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，砼將在約束面開(kāi)裂，嚴(yán)重時(shí)形成貫穿裂縫。大體積砼由于溫度變化而產(chǎn)生的裂縫稱為溫度裂縫。因此，應(yīng)當(dāng)針對(duì)大體積砼自身的特點(diǎn)，對(duì)其溫度及溫度應(yīng)力的變化規(guī)律、溫度裂縫的控制技術(shù)等方面開(kāi)展一系列的研究。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外工程界在大體積鹼結(jié)構(gòu)裂縫控制方面，進(jìn)行了深入的研究，特別是日本在檢測(cè)設(shè)備的開(kāi)發(fā)和使用方面取得了顯著的成績(jī)，在大體積水化熱產(chǎn)生的溫度及溫度應(yīng)力的定性定量分析方面均有明顯成果。就我國(guó)現(xiàn)狀而言，大部分大體積硅工程還采用較為落后的設(shè)備，如用玻璃管溫度計(jì)插入預(yù)留孔洞直接測(cè)量或用熱電偶配合電位差計(jì)手動(dòng)測(cè)量等，監(jiān)測(cè)的效率和準(zhǔn)確度都較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息化施工的目的。而日本的數(shù)據(jù)采集設(shè)備十分昂貴，無(wú)法在工程上推廣使用。另外在水化熱溫度及應(yīng)力的計(jì)算分析方面，尚未見(jiàn)到國(guó)外的計(jì)算軟件，而我國(guó)也還未開(kāi)發(fā)出一套完整可靠、經(jīng)過(guò)工程實(shí)際檢驗(yàn)的分析計(jì)算軟件，因此在實(shí)際工程中，溫控方案的制定還僅僅依靠施工技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，面對(duì)情況特殊的工程，則常常因經(jīng)驗(yàn)不足造成工程產(chǎn)生裂縫。因此開(kāi)展大體積硅結(jié)構(gòu)溫度裂縫的預(yù)測(cè)、控制和監(jiān)測(cè)技術(shù)和產(chǎn)品的研究是我國(guó)目前急需的。

2防止大體積砼溫度裂縫的施工技術(shù)

2.1合理選擇原材料合理選擇原材料，有利于大體積砼裂縫的控制，首先，選擇水泥。內(nèi)部混凝土主要考慮抗裂性能好、兼顧低熱和高強(qiáng)兩方面的要求，一般采用低熱礦渣水泥，中熱砼酸鹽水泥摻入一定量的粉煤灰。外部混凝土，除抗裂性能外，還要求抗凍融性、耐磨性、抗蝕性、強(qiáng)度較高及干縮較小，因此一般采用較高標(biāo)號(hào)的中熱砼酸鹽水泥。當(dāng)環(huán)境水具有硫酸鹽侵蝕時(shí)，應(yīng)采用抗硫酸鹽水泥。其次，摻用混合材料。適當(dāng)摻用混合材可降低混凝土的絕熱溫升、提高混凝土抗裂能力，目前主要是粉煤灰摻得較多。第三，摻加緩凝劑，在砼中摻加適置的緩凝劑，能夠在一定程度上延緩水泥的水化作用，減緩水化熱的釋放速率。它的作用是推遲熱峰出現(xiàn)的時(shí)間，同時(shí)也降低了溫度峰值。一般地，砼澆筑后，水泥水化熱釋放與砼內(nèi)部熱量向外散發(fā)是同時(shí)進(jìn)行的。在初期幾天，水化熱釋放速率很快，而散熱速率小，因此砼的溫度很快上升：接著，水化熱釋放速率逐漸變緩，而散熱速率則持續(xù)增大，導(dǎo)致砼溫度逐漸下降。通過(guò)延緩水化熱釋放速率，可以讓更多的熱量通過(guò)界面散失出去，用來(lái)升溫的部分則大為減少，從而使砼的溫度峰值得到削減，出現(xiàn)時(shí)間也相應(yīng)延遲。

2.2提高大體積砼施工質(zhì)量

①控制出機(jī)溫度。對(duì)混凝土出機(jī)溫度最大的是石子及水的溫度。為了降低出機(jī)溫度，其最有效的辦法是降低石子的溫度。在溫度較高的季節(jié)施工時(shí)，為了防止太陽(yáng)直接照射，可在砂石堆場(chǎng)上搭設(shè)遮陽(yáng)料篷，必要時(shí)也可在使用前沖洗骨料。②控制澆灌溫度。為了降低混凝土從攪拌機(jī)出料到卸料，泵送和澆灌振搗后的溫度，減少結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差，一般按季節(jié)采取措施，如夏季施工時(shí)，則應(yīng)以減少冷量損失，在澆灌混凝土?xí)r，采用一個(gè)坡度、薄層澆灌、循序推進(jìn)、一次到頂?shù)却胧﹣?lái)縮小混凝土暴露面積以及加快澆灌速度，縮短澆灌時(shí)間。在冬季施工時(shí)，一般可利用混凝土本身散發(fā)的水化熱養(yǎng)護(hù)自己，并要求在混凝土沒(méi)有達(dá)到允許臨界強(qiáng)度以前防止凍害。③澆筑砼前應(yīng)將基槽內(nèi)的雜物清理干凈，砼的澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間歇時(shí)間不得超過(guò)砼的初凝時(shí)間；澆筑時(shí)必須嚴(yán)格控制砼的入模溫度，砼最高澆筑溫度不得超過(guò)28℃：在澆筑砼時(shí)可投入適量毛石，以吸收熱量并節(jié)約砼：澆筑時(shí)若外界氣溫過(guò)高，可采用在輸送管上加蓋草袋并噴冷水的方法。④改進(jìn)攪拌工藝：即在攪拌的混凝土?xí)r，改變以往的投料程序，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子進(jìn)行攪拌的新方法。這種攪拌工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)泌水現(xiàn)象，混凝土上下層強(qiáng)度差減少，可有效地防止水分向石子與水泥砂漿面的集中，從而使硬化后的界面過(guò)渡層的結(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)加強(qiáng)。

2.3加強(qiáng)混凝土的溫度監(jiān)測(cè)工作溫度控制是大體積混凝土施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是防止溫度裂縫的關(guān)鍵。而在引起裂縫產(chǎn)生的諸多因素中，混凝土水化熱和外界氣溫造成的構(gòu)件內(nèi)部溫度應(yīng)力是一個(gè)很主要的因素，為了控制裂縫的產(chǎn)生，這不僅要在混凝土成型之后，對(duì)混凝土的內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且應(yīng)在一開(kāi)始，就對(duì)原材料、混凝土拌和，入模和澆筑溫度進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)測(cè)。在平面上，測(cè)溫點(diǎn)沿底板縱橫方向間距約10m左右布置一點(diǎn)。在垂直方向上，每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)沿垂直高度在其表面、中部和板底分別埋沒(méi)設(shè)測(cè)溫管，垂直高度依次為板頂，－100mm、板中部、板底＋100mm。每個(gè)測(cè)混點(diǎn)測(cè)溫管間距100mm。測(cè)溫管安裝位置要準(zhǔn)確，固定牢固。在混凝土溫度上升階段，每2小時(shí)測(cè)溫一次，混凝土溫度下降階段每6小時(shí)測(cè)溫一次。在測(cè)混進(jìn)程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)砼內(nèi)部溫度差超過(guò)25℃時(shí)，測(cè)溫人員要及時(shí)報(bào)告工地項(xiàng)目總工，由有關(guān)人員根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)采取措施加強(qiáng)

保溫或延緩撤除保溫材料時(shí)間等來(lái)控制溫差。測(cè)溫的辦法可以采用先進(jìn)的側(cè)溫方法，如有經(jīng)驗(yàn)也可采用簡(jiǎn)易測(cè)溫方法。給施工組織者及時(shí)提供信息反映大體積混凝土澆筑塊體內(nèi)溫度變化的實(shí)際情況及所采取的施工技術(shù)措施效果。

2.4加強(qiáng)大體積砼的養(yǎng)護(hù)措施養(yǎng)護(hù)是大體積砼施工中一項(xiàng)十分關(guān)鍵的工作，對(duì)澆筑后的砼加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，使之處于適宜的溫濕環(huán)境，讓水泥顆粒得到充分水化，從而提高砼的強(qiáng)度，提高它的抗裂性。澆筑后2h采用塑料膜對(duì)表面覆蓋，可有效增加砼的表面溫度，減小總溫差。若在冬季施工，需在塑料膜上加草墊保溫。有關(guān)研究表明，水泥的水化作用只有在充水的毛細(xì)管中才能進(jìn)行，所以必須防止因蒸發(fā)而使毛細(xì)管失水。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)就是要不斷地補(bǔ)充足夠的水份，防止砼表面干燥。潮濕養(yǎng)護(hù)應(yīng)當(dāng)從砼凝結(jié)后即開(kāi)始，一般應(yīng)持續(xù)7—15天為宜。潮濕養(yǎng)護(hù)還能有效地減小砼的早期干縮，防止干縮裂縫的產(chǎn)生。養(yǎng)護(hù)時(shí)要保持適宜的溫度和濕度，以便控制砼內(nèi)表溫差，促進(jìn)鹼強(qiáng)度的正常發(fā)展及防止砼溫度裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。大體積砼的養(yǎng)護(hù)，不僅要滿足強(qiáng)度增長(zhǎng)的需要，還應(yīng)通過(guò)人工的溫度控制，防止因溫度梯度引起砼開(kāi)裂。

2.5對(duì)大體積砼裂縫進(jìn)行修補(bǔ)大體積砼裂縫不但會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性，還會(huì)引起鋼筋的銹蝕，加速砼的碳化，降低砼的耐久性和抗疲勞、抗?jié)B能力。因此要積極進(jìn)行修補(bǔ)。方法主要有：①表面修補(bǔ)：即在裂縫表面涂抹水泥漿、環(huán)氧樹(shù)酯膠泥或在砼表面涂刷油漆、瀝青、防水劑等材料，為了防止繼續(xù)開(kāi)裂，通?？梢圆扇≡诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布等措施。②嵌縫法這是裂縫封堵中最常用的一種方法。具體流程為，沿裂縫鑿V形槽，在槽中嵌填塑性或剛性防水材料，以達(dá)到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等，常用的剛性防水材料為聚合物水泥砂漿等。⑧結(jié)構(gòu)加固法，這種方法的適用范圍為裂縫影響到砼結(jié)構(gòu)的性能，加大砼結(jié)構(gòu)的截面面積、在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射砼補(bǔ)強(qiáng)加固等辦法。

總之，為了防止大體積砼產(chǎn)生溫度裂縫，提高砼抗裂性能是前提，降低砼溫度應(yīng)力是根本。砼的抗裂性能主要靠精心組織施工、提高砼密實(shí)性、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)來(lái)保證，而降低砼溫度應(yīng)力則要通過(guò)嚴(yán)格控制其溫度變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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