大體積混凝土裂縫控制措施

張 麗

1 概述

大體積混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化，由此形成的溫度應(yīng)力是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要原因。大體積混凝土澆筑初期，水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，使大體積混凝土的溫度很快上升。但由于大體積混凝土表面散熱條件較好，熱量可以向大氣中散發(fā)，因而溫度上升較少;而大體積混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)少，因而溫度上升較多，內(nèi)外形成溫度梯度，形成內(nèi)外約束。結(jié)果大體積混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，面層產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，大體積混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。

2 原因分析

1)水泥水化熱的影響。水泥水化熱是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源。由于大體積混凝土截面尺寸大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，會(huì)引起急驟升溫。水泥水化熱引起的絕熱溫升，與混凝土單位體積內(nèi)的水泥用量、品種有關(guān)，并隨著齡期增長，一般在7 d左右達(dá)到最終絕熱溫升，但由于結(jié)構(gòu)自然散熱，實(shí)際上混凝土內(nèi)部的最高溫度，大多發(fā)生在混凝土澆筑后的3 d～5 d。

2)混凝土收縮的影響?；炷猎诳諝庵杏步Y(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(shí)，將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝結(jié)過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

3)外界溫濕度變化的影響。大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會(huì)愈高;如果外界溫度降低則又會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)外溫差。如果外界溫度的下降過快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，極易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮，也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3 防止裂縫產(chǎn)生的措施

3． 1 優(yōu)選混凝土各種原材料，優(yōu)化施工配合比

1)水泥的選擇。既然大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量，那么在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥，并盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫度，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。

2)骨料的選擇。在選擇粗骨料時(shí)，可根據(jù)施工條件，盡量選用粒徑較大、質(zhì)量優(yōu)良、級(jí)配良好的石子。既可以減少用水量，也可以相應(yīng)減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。在選擇細(xì)骨料時(shí)，采用平均粒徑較大的中粗砂，從而降低混凝土的干縮，減少水化熱量，對混凝土的裂縫控制有重要作用。

3)摻合料和外加劑。摻加適量粉煤灰和礦粉，可減少水泥用量，從而達(dá)到降低水化熱的目的。摻加合適的緩凝、減水和引氣型的復(fù)合外加劑，它可有效地降低水泥用量，增加混凝土的流動(dòng)性，改善拌合物和易性，同時(shí)可延緩水化熱釋放速度，從而可降低水化熱。

4)優(yōu)化混凝土配合比。在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在保證混凝土強(qiáng)度及良好工作性能的情況下，應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用低坍落度、低水膠比和高摻合料的施工配合比，生產(chǎn)出高強(qiáng)、高韌性、低熱的抗裂性能好的混凝土。

3． 2 施工控制措施

1)控制混凝土入模溫度。入模溫度的高低與出機(jī)溫度密切相關(guān)，另外還與運(yùn)輸工具、運(yùn)距、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)、施工氣候等有關(guān)。在溫度較高的情況下進(jìn)行施工，可以在施工現(xiàn)場對堆在露天的砂石用布覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時(shí)對澆筑前的砂石用冷水降溫。如果是在冬季進(jìn)行施工，因?yàn)橐乐乖缙诨炷帘粌鰡栴}，所以要求混凝土澆筑時(shí)應(yīng)該具有較高的澆筑溫度。在澆筑混凝土以前還應(yīng)該對基礎(chǔ)及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預(yù)熱，對原材料應(yīng)視氣溫高低進(jìn)行加熱。

2)混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)。a．混凝土的澆筑方法可用分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑，并應(yīng)符合下列規(guī)定: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，混凝土的攤鋪厚度不大于600 mm;當(dāng)采用非泵送混凝土?xí)r，混凝土的攤鋪厚度不大于400 mm。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。層間最長的時(shí)間間隔不大于混凝土的初凝時(shí)間。b．混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時(shí)按溫控技術(shù)措施的要求進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，并應(yīng)符合下列規(guī)定:保溫養(yǎng)護(hù)措施，應(yīng)使混凝土澆筑塊體的里外溫差及降溫速度滿足溫控指標(biāo)的要求;保溫養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間，應(yīng)根據(jù)溫度應(yīng)力加以控制、確定，但不得少于15 d，保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行;在保溫養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)保持混凝土表面的濕潤。

3． 3 混凝土溫度監(jiān)測

為了測量出混凝土內(nèi)部溫度，在混凝土中預(yù)埋測溫管，用水銀溫度計(jì)測溫，或埋入測溫導(dǎo)線利用建筑電子測溫儀進(jìn)行測溫。上下層溫差控制在25℃之內(nèi)。監(jiān)測結(jié)果能及時(shí)反饋現(xiàn)場大體積混凝土澆筑塊體內(nèi)部溫度變化的實(shí)際情況，以及所采用的施工技術(shù)措施的效果，為工程技術(shù)人員及時(shí)采取溫控對策提供科學(xué)依據(jù)。

3． 4 健全施工組織管理

在制訂技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施的同時(shí)，還需落實(shí)組織指揮系統(tǒng)，逐級(jí)進(jìn)行技術(shù)交底，做到層層落實(shí)，確保順利實(shí)施。

4 工程實(shí)例

山西兆光發(fā)電二期工程2×600 MW機(jī)組3號(hào)機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35。基礎(chǔ)尺寸為長36．65 m，寬16．5 m，高3 m，混凝土工程量為1 815 m3。

4． 1 原材料選擇及施工配合比

1)原材料選擇。水泥選用海鑫牌P．S42．5;砂子選用水洗砂，含泥量在2．5%以下，細(xì)度模數(shù)2．8，級(jí)配良好;碎石選用5～31．5連續(xù)級(jí)配，含泥量在1．0%以下;摻合料為Ⅱ級(jí)粉煤灰;外加劑為HZ-4復(fù)合泵送劑，緩凝時(shí)間6 h～8 h。

2)施工配合比。經(jīng)過多次試配，確定如表1所示配合比，既能滿足強(qiáng)度要求，又有良好的工作性能，坍落度為140 mm～160 mm。

表1 施工配合比

4． 2 混凝土主要施工方法及溫度監(jiān)測

1)混凝土澆筑時(shí)從短邊的一端向另一端逐步推進(jìn)，采用斜面分層法，分層厚度為250 mm～300 mm。澆筑時(shí)采用插入式振搗器，插點(diǎn)間距控制在450 mm左右，且掌握插點(diǎn)間深度，做到快插慢拔，在振搗上一層時(shí)應(yīng)插入下一層中5 cm左右，以消除兩層的接縫，同時(shí)在振搗上一層時(shí)，要在下一層初凝之前進(jìn)行。澆筑完畢表面用木抹子搓平，壓實(shí)壓光(特別是二次壓面)，并及時(shí)覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)，頂面及側(cè)面均用一層塑料布、兩層棉被保溫(當(dāng)時(shí)最低氣溫在-5℃左右)。2)汽機(jī)基座底板測溫點(diǎn)布置6組，每組均埋入距離結(jié)構(gòu)表面15 cm、結(jié)構(gòu)中部及距離結(jié)構(gòu)底面15 cm三根測溫導(dǎo)線。澆筑完畢12 h后開始測溫，前3天為每2 h測一次，待溫度變化緩慢時(shí)每4 h～6 h測一次。根據(jù)測溫記錄，當(dāng)時(shí)混凝土內(nèi)部最高溫度為58．5℃，溫差未超25℃。3)待混凝土溫度與大氣溫度接近時(shí)拆除模板，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理共同驗(yàn)收，未發(fā)現(xiàn)底板混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，給予很高的評(píng)價(jià)。

5 結(jié)語

對于混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，為此需要精心設(shè)計(jì)、施工，并結(jié)合工程實(shí)際采取有效措施，會(huì)使施工質(zhì)量得到很好的保證。實(shí)踐證明，在優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，改善施工工藝，提高施工質(zhì)量，做好溫度監(jiān)測工作及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等方面采取有效技術(shù)措施，堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理，可以控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。

［1］ GB 50164-1992，混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［2］ 楊南方．混凝土結(jié)構(gòu)施工實(shí)用手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001．

［3］ 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．