大體積混凝土裂縫施工控制措施

黃 馨

當(dāng)前，隨著高層建筑、大型場(chǎng)館、大跨徑橋梁日益增多，大體積混凝土的應(yīng)用也日益廣泛。大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面大，裂縫一般在混凝土澆筑后短期內(nèi)形成，此時(shí)設(shè)計(jì)荷載尚未作用于結(jié)構(gòu)上，因此由外荷載引起裂縫的可能性很小。由于水泥的水化作用是放熱反應(yīng)，大體積混凝土自身又具有一定的保溫性能，因此其內(nèi)部溫度升幅較其表面大，而在混凝土升溫峰值過后的降溫過程中，內(nèi)部降溫速度又比其表層慢，在這些過程中混凝土各部分的溫度變形及由于其相互約束及外界約束的作用而在混凝土內(nèi)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是相當(dāng)復(fù)雜的。一旦溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值，混凝土就會(huì)出現(xiàn)裂縫。本文分析了大體積混凝土的裂縫原因并且提出了裂縫控制的技術(shù)措施。

1 大體積混凝土的定義

大體積混凝土目前定義各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)不盡統(tǒng)一，美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)規(guī)定:任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達(dá)到必須解決水化熱及隨之引起的體積的變形問題，即最大限度減小開裂影響的，即稱為大體積混凝土。日本建筑學(xué)會(huì)規(guī)定是結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度和外界氣溫之差，預(yù)計(jì)超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土。我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》認(rèn)為，建筑物的基礎(chǔ)最小邊尺寸在1 m～3 m范圍內(nèi)就屬于大體積混凝土。

2 裂縫產(chǎn)生的原因

大體積混凝土結(jié)構(gòu)往往容易產(chǎn)生各種各樣的裂縫，按裂縫的方向形狀分為:水平裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、斜向裂縫以及放射狀裂縫等。按裂縫深度分為:貫穿裂縫、深層裂縫以及表面裂縫等。裂縫的產(chǎn)生是由多種因素引起的，其主要影響因素如下。

2.1 水泥水化熱的影響

水泥水化熱過程中放出大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7 d左右。一般每克水泥可以放出500 J左右的熱量。如果以水泥用量350kg/m3～550kg/m3來(lái)計(jì)算，每立方米混凝土將釋放出17500 kJ～27500 kJ的熱量從而使混凝土內(nèi)部溫度升高。尤其對(duì)于大體積混凝土來(lái)講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重，因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高。這樣就會(huì)形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生各種裂縫。

2.2 外界氣溫濕度變化的影響

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對(duì)防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響?；炷羶?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，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也愈高;如果外界溫度降低則又會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)部溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對(duì)混凝土的裂縫也有很大影響，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。

2.3 混凝土收縮的影響

混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(shí)(支承條件、鋼筋等)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固結(jié)硬過程中產(chǎn)生體積變化，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。

2.4 其他因素的影響

建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降也會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫會(huì)隨著基礎(chǔ)沉降而不斷的增大，待地基下沉穩(wěn)定后，將不會(huì)變化?；炷僚浜媳炔涣紩?huì)造成混凝土塑性沉降裂縫，一般是混凝土配合比中，粗骨料級(jí)配不連續(xù)、數(shù)量不夠，砂率及水灰比不當(dāng)所造成的裂縫。水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3 大體積混凝土施工采取的裂縫控制措施

大體積混凝土裂縫控制技術(shù)措施應(yīng)著重于降低混凝土內(nèi)部的最高溫度，延緩降溫速率，減少內(nèi)外溫差，減少混凝土收縮，提高混凝土極限拉伸力等方面。常用的技術(shù)措施包括從設(shè)計(jì)到施工和后期養(yǎng)護(hù)的全過程。

3.1 降低水泥水化熱

采用中低水化熱的水泥，混凝土配合比采取“雙摻”技術(shù)，可有效地改善混凝土的性能，提高混凝土的可泵性，降低混凝土的溫度，有效控制混凝土裂縫的開展。1)選用中低水化熱的水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥或粉煤灰水泥等。2)充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，減少水泥用量，1 m3混凝土減少10kg水泥的用量混凝土水化溫度降低1℃。3)盡量選用粒徑大且級(jí)配良好的粗集料，摻合粉煤灰等摻合料，摻加減水劑。4)在不影響鋼筋布置的情況下，摻入不超過總體積20%的石塊。5)在混凝土內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管通入循環(huán)冷卻水帶走一定的熱量。

3.2 改善約束條件

1)分層分塊澆筑，合理設(shè)置施工縫及后澆帶，放松約束條件并減少水化熱的聚集，對(duì)于平面形狀不規(guī)則超長(zhǎng)的大體積鋼筋混凝土底板，能否一次澆筑不留施工縫，要根據(jù)實(shí)際施工條件和施工工藝綜合分析。2)對(duì)大體積混凝土基礎(chǔ)，可在與巖石地基或混凝土墊層之間設(shè)置滑動(dòng)層或隔離層用以消除嵌固作用，釋放約束。3)在水平施工縫等重點(diǎn)部位采取兩次振搗，可有效避免混凝土表面產(chǎn)生蜂窩、麻面、露筋等通病。

3.3 降低混凝土入模溫度和加強(qiáng)施工中溫度控制

嚴(yán)格控制混凝土入模溫度，嚴(yán)格的保溫、測(cè)溫措施是保證混凝土澆筑的關(guān)鍵。采用的技術(shù)措施有:

1)夏季砂石材料應(yīng)避免陽(yáng)光直曬，并可噴冷水霧或冷氣預(yù)冷低溫水或冷水?dāng)嚢杌炷?，運(yùn)輸過程中應(yīng)避免日曬;2)保證模內(nèi)通風(fēng)，加速模內(nèi)熱量散發(fā);3)摻入緩凝型減水劑避免水化熱集中產(chǎn)生;4)混凝土澆筑后，要保溫長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)，緩慢降溫避免內(nèi)外溫度濕度梯度過大;5)加強(qiáng)測(cè)溫控溫，及時(shí)調(diào)整保溫養(yǎng)護(hù)措施，將混凝土內(nèi)外溫度差控制在25℃以下;6)合理安排施工順序，使?jié)仓幕炷辆鶆蛏仙苊膺^大高差。

3.4 提高混凝土的極限拉伸度

1)選擇良好級(jí)配的粗集料，嚴(yán)格控制砂石含泥量，可摻入適量的膨脹劑，振搗要緊密。2)采用二級(jí)投料法加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。3)根據(jù)大體積混凝土的形狀，在易發(fā)生裂縫部位配構(gòu)造鋼筋，承受相應(yīng)的收縮拉應(yīng)力。

4 工程應(yīng)用

西安智湖拱橋基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板采用整體基礎(chǔ)，板厚1.5 m，平面尺寸為 31.2 ×71.2，埋深約 2.0m，底板底層配筋Φ16@20雙層雙向鋼筋，底板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，混凝土量約為3332 m3。設(shè)計(jì)要求底板一次性澆筑，不留施工縫。

4.1 施工措施

1)選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥。2)選用粒徑在5mm～31.5mm連續(xù)級(jí)配的碎石。3)摻加緩凝減水劑，摻量為0.7%～1.5%。4)設(shè)計(jì)要求底板一次性澆筑，但由于施工條件限制，無(wú)法一次性澆筑，因此采用分塊澆筑，施工縫留在離橋墩較遠(yuǎn)處，并采用將施工縫處表面鑿毛，清除泥漿及松動(dòng)碎石，鑿入深度為新鮮骨料露出1/3，并濕潤(rùn)、清洗干凈，然后澆筑施工縫混凝土。5)混凝土澆筑時(shí)，在攪拌機(jī)出料口采用風(fēng)扇降溫，并提前采取措施為砂石料降溫。

4.2 效果

由于底板混凝土澆筑采用措施得當(dāng)，組織有序，有效的控制了混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，保證了底板混凝土施工質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工程中大體積混凝土產(chǎn)生裂縫是由于多種原因造成的，不過采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档突炷羶?nèi)部溫度、減小內(nèi)外溫差、減小混凝土收縮、提高混凝土極限拉伸強(qiáng)度，可以有效的防治混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，從而保證混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

［1］徐 鋒.淺談大體積混凝土的施工［J］.山西建筑，2010，36(15):162-163.