特殊工程大體積混凝土裂縫控制

李志峰

0 引言

混凝土工程裂縫會對混凝土工程的耐久性造成很大影響，細(xì)微的裂縫還會影響混凝土工程的美觀。有些對混凝土裂縫有嚴(yán)格要求的特殊工程，一旦產(chǎn)生裂縫，會造成很大的危害，延誤工期，造成經(jīng)濟(jì)浪費。

對于大體積混凝土，當(dāng)混凝土澆筑后，由于水化熱的產(chǎn)生，更容易造成混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。因此，混凝土工程裂縫的控制是一項極為重要的內(nèi)容。本文結(jié)合現(xiàn)今混凝土結(jié)構(gòu)容易開裂的現(xiàn)象，以及具體工程對改善措施談一些看法。

1 工程簡述

某大學(xué)應(yīng)急工程結(jié)構(gòu)試驗室加載試驗臺座，箱體結(jié)構(gòu)，頂板長43 m，寬13 m，厚1 m，屬于大體積混凝土，結(jié)構(gòu)用于試驗室加載試驗。該結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度C40，混凝土方量約560 m3。由于該試驗臺座用途，臺座表面不能有裂縫，所有混凝土需要一次澆筑完畢。臺座長度達(dá)43 m，超過規(guī)范每30 m混凝土結(jié)構(gòu)留置施工縫的要求，需要一次澆筑完畢，給施工帶來很大難度。

2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因

混凝土裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的，在不考慮其他因素，只考慮混凝土原因方面，產(chǎn)生的裂縫主要有混凝土收縮裂縫和溫差裂縫以及原材料不合格造成的安定性裂縫。

2.1 混凝土收縮裂縫

混凝土收縮是指在混凝土凝結(jié)初期或硬化過程中出現(xiàn)的體積縮小現(xiàn)象。較大的收縮會引起混凝土開裂。

混凝土的塑性收縮是造成混凝土早期裂縫的一個重要原因之一，當(dāng)混凝土中的水分蒸發(fā)速度超過其泌水速度時，就會產(chǎn)生干燥收縮。在水泥活性大、混凝土早期溫度高，或者水灰比較低的情況下都會加劇引起開裂，因為這時混凝土的泌水率明顯減小，表面蒸發(fā)的水分不能得到補(bǔ)充，混凝土這時候一般尚處于塑性狀態(tài)，稍微一點應(yīng)力都會造成表面的開裂。因為裂縫的產(chǎn)生，更多的水分加快蒸發(fā)，更加劇了裂縫的擴(kuò)展。

2.2 混凝土的溫差裂縫

混凝土澆筑后，由于水泥水化會產(chǎn)生大量熱量，特別是大體積混凝土，由于產(chǎn)生的熱量不能及時散失而堆積在一起，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度往往在70℃以上，甚至能達(dá)到90℃。由于大體積混凝土內(nèi)部溫度不易散失，而相對靠近混凝土表面的部分由于外界環(huán)境的影響溫度散失相對較快，并且距離混凝土表面部分會隨著周圍環(huán)境的影響有一定的波動，致使混凝土內(nèi)外溫度不均勻，產(chǎn)生較大溫差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。此時混凝土齡期很短，抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)兩種應(yīng)力的作用超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。這種裂縫一般發(fā)生在混凝土澆筑后3 d左右，隨著時間推移，混凝土溫度達(dá)到混凝土體溫度和水化熱溫升的頂點后，溫度開始下降，由于降溫產(chǎn)生收縮，再加上混凝土硬化過程中，內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用，使混凝土加劇收縮。混凝土的這些收縮受到結(jié)構(gòu)本身的約束，也會產(chǎn)生很大拉應(yīng)力，造成混凝土開裂。

2.3 其他造成混凝土裂縫的原因

由于混凝土骨料中堿活性成分造成的堿骨料反應(yīng)。

3 混凝土裂縫的控制措施

3.1 混凝土質(zhì)量控制措施

嚴(yán)格控制各項原材料的質(zhì)量，控制混凝土中總堿含量，避免堿骨料反應(yīng)的發(fā)生。

水泥選用比表面積在350 m2/kg左右，水化熱較低，堿含量低，石膏含量較小的水泥，經(jīng)過試驗選用曲寨普通硅酸鹽水泥，比表面積348.6 m2/kg，堿含量0.45%，熟料含量 7.36%，混合材摻量 8.95%。

粗骨料在混凝土中所占比例一般在絕對體積的80%～83%左右，在選擇時，應(yīng)選擇線性膨脹系數(shù)小，巖石彈性模量低，表面清潔無包裹層、級配良好、堿含量低的碎石。經(jīng)試驗，選用井徑碎石，連續(xù)粒級5mm～31.5mm，含泥量0.1%，泥塊含量0%，壓碎指標(biāo)5.1%。

細(xì)骨料應(yīng)選用細(xì)粉含量在15%～18%之間，含泥量和泥塊含量小的中砂，經(jīng)過試驗，選用正定南樓中砂，含泥量1.1%和泥塊含量0.5%，細(xì)粉含量16%。

外加劑選用具有高效減水和引氣符合型外加劑，減少混凝土的用水量，改善混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。經(jīng)試驗，選用石家莊克羅曼公司生產(chǎn)的高效聚羧酸符合外加劑，減水率28%，28 d抗壓強(qiáng)度比176%，28 d收縮率比76%，外加劑摻量1.0%。

混凝土的初始溫度和溫度的變化對混凝土裂縫非常敏感。配合比設(shè)計考慮雙摻法，摻加粉煤灰和高性能礦粉，減少水泥用量，降低混凝土早期水化熱，在配合比中摻加20%華奧電力Ⅰ級粉煤灰，摻加天力S95級礦粉，摻量為15%。粉煤灰和礦粉的摻加減少了水泥用量，降低了混凝土早期水化熱，對混凝土后期強(qiáng)度增長有明顯作用。

該工程施工時間為3月份，各項原材料溫度均不高，不再采用原材降溫的方法降低混凝土的出機(jī)溫度。保證混凝土的出機(jī)溫度與環(huán)境溫度的溫差不超過15℃。

3.2 施工控制措施

大體積混凝土施工的整個階段必須不斷測量混凝土各個部位的內(nèi)外溫度，以便準(zhǔn)確了解混凝土內(nèi)部溫度情況，以解決混凝土構(gòu)件外部養(yǎng)護(hù)條件?；炷翜y溫點布置在中心、邊緣等各處，每個測溫標(biāo)竿設(shè)3個測溫點。分別位于構(gòu)件中部，構(gòu)件的上下邊緣。混凝土澆筑完畢一周內(nèi)，每2 h測量一次，將混凝土構(gòu)件內(nèi)部與表面、表面與大氣溫度的溫差控制在25℃以內(nèi)。

由于夜間溫度較低，與混凝土體溫差大，所以施工時間安排在白天進(jìn)行，模板支護(hù)應(yīng)嚴(yán)密，模板間填縫材料要充分，盡量減少漏漿情況。在保證混凝土和易性前提下，盡量減少砂率，控制混凝土膠骨比在1∶3以上。

由于本工程構(gòu)件長度較大，中間不留施工縫，并且一次澆筑完畢，經(jīng)過研究，采用由兩邊向中間澆筑的方法進(jìn)行澆筑(見圖1)，同時在澆筑到構(gòu)件中部時，在混凝土中摻加6%膨脹劑，利用微膨脹作用，減少構(gòu)件由于過長，容易產(chǎn)生伸縮裂縫的危害。

圖1 混凝土澆筑示意圖

采用二次振搗?；炷炼握駬v能否取得預(yù)期效果的關(guān)鍵是確定合理的振搗時間。如果距離初次振搗時間間隔過短，則效果不明顯;如果時間間隔過長，特別是在混凝土初凝后，超出了重塑時間范圍，則會破壞混凝土結(jié)構(gòu)，影響混凝土質(zhì)量。為了確定時間，在試驗室測量混凝土的凝結(jié)時間試驗，根據(jù)試驗室測定，當(dāng)混凝土坍落度在50mm左右時，距離混凝土初凝還有1 h左右，所以現(xiàn)場留置混凝土試樣測量混凝土的坍落度，當(dāng)達(dá)到50mm左右時，進(jìn)行二次振搗。振搗的幅度要輕于第一次振搗。

混凝土收面立即覆蓋進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，覆蓋層為一層塑料薄膜加棉被。減少混凝土干燥收縮裂縫的產(chǎn)生，在混凝土養(yǎng)護(hù)用水方面，在現(xiàn)場放置大型儲水桶，將放置自來水，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，盡量讓水溫接近由混凝土測溫裝置測得的混凝土外測溫度?；炷敛鹉r間適當(dāng)延長，將溫差控制在25℃以內(nèi)，減少混凝土表面熱擴(kuò)散，延長散熱時間，減少混凝土表面溫度梯度，防止表面裂縫，保證溫度緩慢升降，充分發(fā)揮混凝土徐變特性，降低溫度收縮應(yīng)力，混凝土灑水養(yǎng)護(hù)不少于14 d。

從測溫記錄來看，混凝土中心與表面溫度升降基本同步，中心最高溫度出現(xiàn)在澆筑混凝土后第3天，最高溫度為58.8℃，混凝土外側(cè)溫度最高為35.9℃，混凝土中心與覆蓋物下之間溫差最大為22.9℃，覆蓋物下與環(huán)境溫差最大為19.5℃，均控制在25℃之內(nèi)，有效控制了溫差梯度。

4 結(jié)語

該工程施工拆模后，經(jīng)現(xiàn)場檢查未出現(xiàn)裂縫，達(dá)到預(yù)期目的。大體積混凝土施工質(zhì)量的好壞，最重要的是準(zhǔn)備工作，從設(shè)計、原材料、攪拌、運輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)、測溫等過程進(jìn)行預(yù)控制，提前進(jìn)行混凝土配比的確定、澆筑前熱功計算、編制合理的實施計劃以及澆筑后裂縫控制計算、保溫材料的選擇及厚度計算都對混凝土的最終質(zhì)量有著重要作用，是不能被忽略的。因而，在大體積混凝土的施工過程中，大體積混凝土施工方案的成功與否，將直接影響大體積混凝土施工質(zhì)量。

建筑工程質(zhì)量受到施工過程中各個環(huán)節(jié)的影響，整個施工階段的工作要求各方人員積極配合，認(rèn)真研究分析，做好事前控制、事中控制和事后控制，針對質(zhì)量影響因素，采取積極控制措施，加強(qiáng)預(yù)控，以不斷提高企業(yè)管理人員的綜合素質(zhì)，適應(yīng)不斷變化的建筑市場。

［1］ 張亞興.淺談大體積混凝土裂縫控制［J］.山西建筑，2010，36(12):147-148.