探討大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

丁昕顯

摘 要：隨著科學(xué)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)也在不斷發(fā)展。目前，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文主要對(duì)大體積混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、出現(xiàn)裂縫的原因以及有關(guān)的施工技術(shù)進(jìn)行了探討和研究，希望本文的研究可以為建筑行業(yè)帶來(lái)一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；施工技術(shù)；自縮；裂縫

引 言

隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，大體積混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)在土木工程中也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。大體積混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的、綜合性的技術(shù)，裂縫問(wèn)題是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵，通常裂縫由外部約束力產(chǎn)生的可能性較小，一般都是由于水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力導(dǎo)致的，所以運(yùn)用大體積混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的核心就是解決好混凝土的自縮問(wèn)題。

1 大體積混凝土的定義及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在現(xiàn)代土木工程中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。大體積混凝土指的是現(xiàn)場(chǎng)澆注的混凝土結(jié)構(gòu)具有較大的幾何尺寸，并且能夠運(yùn)用。

2 大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的原因

相應(yīng)的技術(shù)措施來(lái)解決由水泥水化熱導(dǎo)致的裂縫問(wèn)題。在土木工程中，大體積混凝土與一般混凝土相比，大體積混凝土結(jié)構(gòu)具有顯著的特點(diǎn)，例如：混凝土的澆注量大、體積大、結(jié)構(gòu)厚達(dá)、并且現(xiàn)澆混凝土大多是超靜電結(jié)構(gòu)、一次性澆注不允許有施工縫的出現(xiàn)、對(duì)施工技術(shù)以及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量都有較高的要求等等。因?yàn)榇篌w積混凝土的體積大，所以混凝土內(nèi)部水泥水化熱不能及時(shí)快速的排出，當(dāng)溫度高于25°時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形和裂縫的機(jī)率將會(huì)大大提升。同時(shí)，為了保證混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，就要使混凝土最小斷面、平面尺寸、內(nèi)外溫度等都要達(dá)到相應(yīng)的質(zhì)量要求。

混凝土結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)裂縫是一個(gè)常見(jiàn)的技術(shù)問(wèn)題，混凝土是通過(guò)多種材料組合配置而成的人造石材，雖然它具有良好的抗壓性與耐久性，但是同時(shí)也存在抗拉強(qiáng)度低、易開(kāi)裂等問(wèn)題。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中最普遍的問(wèn)題就是混凝土出現(xiàn)裂縫。

2.1 外界溫度的影響

在土木工程施工中，大體積混凝土的澆注溫度會(huì)隨著外界溫度的變化而不斷變化。外界溫度升高時(shí)，會(huì)使混凝土內(nèi)、外部的溫差降低，形成溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力會(huì)隨著溫差的增大而增大，由此產(chǎn)生的裂痕也會(huì)隨著溫度應(yīng)力的增大而變大。溫差是造成溫度應(yīng)力與混凝土產(chǎn)生裂痕的主要原因。

2.2 水泥水化熱的影響

混凝土是由多種材料組合配置而成的人造石材，在混凝土配置過(guò)程當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)水泥水化的化學(xué)反應(yīng)，由于大體積混凝土的結(jié)構(gòu)物斷面厚達(dá)，在水泥水化過(guò)程中釋放的熱量會(huì)聚集在其內(nèi)部不易散失，從而引起結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫度升高，使得結(jié)構(gòu)物內(nèi)、外的溫差不斷增大，這樣就會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形或者出現(xiàn)裂痕。因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)表面可以自發(fā)散熱，所以在澆筑后的3～5d內(nèi)，結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的溫度會(huì)達(dá)到最高。同時(shí)，水泥水化熱不僅僅與混凝土單位體積的水泥用量和水泥品種相關(guān)，還會(huì)隨著混凝土結(jié)構(gòu)物的齡期按指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)。

2.3 混凝土自縮的影響

新配置的混凝土中只有20%的水分參與水泥水化，其余80%的水分都會(huì)在水泥硬化過(guò)程中蒸發(fā)，當(dāng)蒸發(fā)的水分過(guò)量即大于自縮值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土自縮。所以說(shuō)自縮值是導(dǎo)致混凝土自縮的重要因素。影響混凝土自縮值的因素主要包括以下幾個(gè)方面：

2.3.1 水泥品種

不同水泥的自縮值是不同的，一般來(lái)說(shuō)自縮值較大的是鋁酸鹽水泥以及早強(qiáng)水泥，自縮值較小的是一些中熱、低熱的水泥。特別的是礦渣水泥在后期的自縮值比普通水泥要大。同時(shí)，水泥的細(xì)度也會(huì)引起自縮值的變化。若使用的水泥較細(xì)，那么在早期就會(huì)產(chǎn)生較快的自縮速度。

2.3.2 外部添加劑

高效減水劑能夠增加流動(dòng)速度、降低自縮值，但是不同類(lèi)型以及不同量的高效減水劑對(duì)降低自縮值來(lái)說(shuō)，效果幾乎一樣；干縮減少劑能夠降低一半的自縮值；膨脹劑對(duì)降低自縮值而言，主要在于種類(lèi)的不同，氧化鈣型的膨脹劑能夠降低自縮值，其他種類(lèi)的膨脹劑在早期會(huì)膨脹，但之后會(huì)收縮；引氣劑的使用對(duì)自縮值沒(méi)有影響。

2.3.3 礦物摻合料

在水泥中摻合不同比例的礦渣會(huì)對(duì)自縮值有不同的影響，混泥土的自縮值會(huì)隨著硅灰量的增加而增大。在混泥土中摻合煤灰以及經(jīng)防水處理的粉末都會(huì)使自縮值降低。

2.3.4 其他因素

溫度在15～40℃時(shí)，自縮值會(huì)隨著溫度的升高而增加；隨著養(yǎng)護(hù)期增加，自縮值也會(huì)增大；混凝土的自縮值會(huì)隨著水灰比的增加而降低；在混凝土中骨料含量的增加會(huì)使自縮值降低，同時(shí)不同種類(lèi)的骨料對(duì)自縮值的影響也不同，如：人工輕骨料混凝土的自縮值比一般混凝土的要小。

2.4 約束力的影響

混凝土結(jié)構(gòu)物在變形時(shí)會(huì)受到一定的約束來(lái)抑制變形，約束條件主要包括外部約束和內(nèi)部約束，外部約束力會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂痕，溫差的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部約束力的產(chǎn)生。外部約束主要指的是基層對(duì)混凝土的約束、樁對(duì)混凝土的約束、已硬化混凝土對(duì)后澆混凝土的約束；內(nèi)部約束指的是混凝土內(nèi)部與表面相互約束、先澆混凝土對(duì)后澆混凝土的約束。

3 大體積混凝土施工技術(shù)分析

3.1 溫度應(yīng)力的控制

溫度應(yīng)力與氣候、施工過(guò)程、材料性質(zhì)等因素都有緊密的聯(lián)系，溫度應(yīng)力可分為自生應(yīng)力和約束應(yīng)力，自生應(yīng)力是指結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫度分布是非線(xiàn)性，由于本省約束而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，約束應(yīng)力是指結(jié)構(gòu)物受到邊界的約束，不能隨意變形引起的應(yīng)力，在土木工程中，合理的控制溫度應(yīng)力是保證建筑物質(zhì)量的關(guān)鍵。

3.1.1 合理的結(jié)構(gòu)形式

結(jié)構(gòu)形式、澆注尺寸對(duì)溫度應(yīng)力以及裂縫出現(xiàn)的影響都非常大，溫度應(yīng)力和產(chǎn)生的裂縫都會(huì)隨著澆注塊的增大而增大，所以合理的選擇結(jié)構(gòu)形式以及澆注尺寸對(duì)防止裂縫的出現(xiàn)都有重要的意義，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，澆注尺寸控制在15m×15m左右時(shí)，此時(shí)的溫度應(yīng)力較小。

3.1.2 合理的選擇混凝土原材料

合理的選擇原材料，優(yōu)化配合比能夠有效的增強(qiáng)混凝土的抗裂能力，總的來(lái)說(shuō)就是降低混凝土的絕熱升溫、增大抗拉強(qiáng)度以及極限拉伸能力。

（1）水泥的選擇：混凝土要求低熱高強(qiáng)，溫度升高主要是由于水泥水化熱引起的，所以應(yīng)該選擇低熱水泥如：礦渣水泥。

（2）混合材料的使用：多使用礦渣、粉煤灰等混合材料來(lái)降低混凝土的絕熱升溫，加大混凝土的抗拉強(qiáng)度。

（3）外添加劑的使用：減水劑、膨脹劑、早強(qiáng)劑等。

（4）合理配置混凝土：在確?；炷翉?qiáng)度和流動(dòng)能力的前提下，盡量要減少水泥的使用，從而來(lái)降低水泥水化熱以及混凝土的絕熱升溫。

3.1.3 控制混凝土的溫度

嚴(yán)格控制混凝土的溫度對(duì)降低溫度應(yīng)力以及防止裂縫的出現(xiàn)都有重要的意義。

（1）使用冷水、加冰拌合等放法，來(lái)減低混凝土的出機(jī)溫度。

（2）提高澆注速度，采用太結(jié)實(shí)澆鑄法，縮短暴露時(shí)間。

（3）表面保溫，降低溫差。

（4）澆注溫度是影響混凝土溫度的關(guān)鍵因素，要注意夏季在夜間澆注，冬季在棚內(nèi)澆注。

（5）預(yù)埋冷凝水管，通過(guò)向水管中注入冷卻水來(lái)降低混凝土的溫度。

3.2 減小約束

3.2.1 減小外部約束

在土木工程中，大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般都為厚重的整體澆注物，顯然，地基對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有一定約束力，這種約束力會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，減小地基對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的約束力，通常采用的方法是設(shè)置滑動(dòng)層，所謂滑動(dòng)層就是在大體積混凝土與地基之間添加瀝青油氈層或砂墊層，滑動(dòng)層的設(shè)置可以有效的保證塊體能夠自由變形，降低裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 內(nèi)部約束力

內(nèi)部約束力主要是由結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫差導(dǎo)致的，解決內(nèi)部約束力的方法，就是降低溫差加強(qiáng)保溫。

4 結(jié)束語(yǔ)

大體節(jié)混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的、綜合性的技術(shù)。本文主要對(duì)現(xiàn)代土木工程中大體積混凝土施工技術(shù)進(jìn)行了探討，分析了導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)的主要原因，并提出了相應(yīng)的解決措施。

參考文獻(xiàn)

[l]張譽(yù)，蔣立學(xué)，張偉平.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2]周曉喻，劉巖峰，李旭東等.大體積混凝土底板施工裂縫控制[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000.6.

[3]馬向東，李優(yōu).大體積混凝土基礎(chǔ)施工裂縫成因及措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009（16）.