大體積混凝土裂縫控制

李鴻奇

摘 要：在大體積混凝土施工過程中，裂縫產(chǎn)生是比較普遍現(xiàn)象，往往是水泥水化熱引起。所以這也是技術(shù)人員一直以來普遍關(guān)心和共同研究的問題。大體積混凝土溫度場溫度變化和溫度應(yīng)力變化呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，如果利用這樣的規(guī)律，就可以提出裂縫控制一系列方案，無疑是保證現(xiàn)場施工質(zhì)量，這是利國利民的大事。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；溫度變化；溫度應(yīng)力

1 降低混凝土水化熱溫升

1.1 水泥選擇。只要能夠滿足混凝土設(shè)計(jì)要求，我們應(yīng)該采用低水化熱水泥。目前的水泥的水化熱差異普遍較大。眾所周知，鋁酸三鈣（C3A）與硅酸三鈣（C3S）含量高的，水化熱化也高；混合材摻量多的水泥水化熱較低。在工程中，大體積混凝土如果采用水化熱高的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥是不妥的，應(yīng)使用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥，更不可以采用早強(qiáng)型水泥。

1.2 降低水泥使用量。我們找到了主要原因就是混凝土發(fā)生溫度變化。我們除采用水化熱低的水泥外，要減少溫度變形，還應(yīng)千方百計(jì)地降低水泥用量。

1.3 精心設(shè)計(jì)、調(diào)整混凝土的骨料粒徑和級(jí)配。如盡可能采用大的骨料最大粒徑。最大粒徑越大，骨料的空隙率和表面積越小，混凝土的水泥漿及水泥用量就越小。

1.4 摻20～25%粉煤灰。粉煤灰的水化熱遠(yuǎn)小于水泥，7天約為水泥的1/3，28天約為水泥的1/2。摻加粉煤灰減小水泥用量可有效降低水化熱約15%（摻水泥量的15%）大體積混凝土的強(qiáng)度通常要求較低，允許摻較多的粉煤灰。另外，優(yōu)質(zhì)粉煤灰的需水性小，有減水作用，可降低混凝土的單位用水量和水泥用量；還可減小混凝土的自生體積收縮，有的還略有膨脹，有利于防裂。摻粉煤灰還能抑制堿一一骨料反應(yīng)并防止因此產(chǎn)生的裂縫。

1.5 摻加GCLI-3改性木鈣減水劑。摻量為0.2～0.4%，約減水泥用量15%。摻減水劑可有效地降低混凝土的單位用水量，從而降低水泥用量。緩凝型減水劑還有抑制水泥水化作用，可降低水化溫升，有利于防裂。還可延遲水化熱釋放速度，熱峰也有所降低。這種減水劑可以緩凝，在大體積混凝土中可以避免冷接縫，提高工作性及流動(dòng)性，有利于泵送。對(duì)收縮及抗拉強(qiáng)度幾乎沒有什么影響，宜推廣采用。

1.6 降低骨料溫度及混凝土入倉溫度。（1）提高骨料堆放高度，并在料倉和混凝土運(yùn)輸車輛上搭設(shè)防陽棚。骨料高堆料可減少晝夜氣溫溫差影響，堆內(nèi)骨料溫度接近月平均溫度。堆料高度7～9m，時(shí)間2個(gè)月以上。（2）袋裝水泥庫房加強(qiáng)通風(fēng)，盡量降低庫房溫度。（3）混凝土入倉溫度盡量控制在28℃左右。

2 合理分層分塊澆筑

該方法是將基礎(chǔ)混凝土分縫、分塊、分期澆筑?；炷翂蔚捏w積異常龐大，施工中必須用縱橫接縫把壩體分割成許多塊體，并以水平縫將每一壩塊分成許多澆筑層。分縫分塊有兩方面的目的：一是為了便于施工，將龐大的壩體逐塊逐層地進(jìn)行澆筑；同時(shí)為了防止裂縫，減小基礎(chǔ)塊的尺寸，增加散熱面，從而降低施工期間的溫度應(yīng)力，以減小產(chǎn)生裂縫的可能性。施工時(shí)混凝土先從底層開始澆筑，進(jìn)行至一定距離后澆筑其他各層。

3 采用混凝土面層保溫措施

在基礎(chǔ)底板、迎水面混凝土等溫控要求嚴(yán)格的部位，模板拆除后即貼泡沫板，減少混凝土內(nèi)外溫差，保溫時(shí)間不少于28天。在大體積混凝土工程實(shí)踐中，目前對(duì)于水平面的保溫還不夠重視。一般只認(rèn)為在冬季進(jìn)行表面保溫，可以防止混凝土受凍，而在其他季節(jié)就沒有保溫的必要。事實(shí)上，如果混凝土水平面直接暴露于大氣中，氣溫的變化將引起混凝土表面溫度的變化。在這樣情況下，混凝土表面的溫度變形的約束系數(shù)可視為1.00，外界氣溫的變化是短時(shí)間的，因此混凝土材料的徐變變形難以充分發(fā)揮。根據(jù)混凝土早期極限拉伸變形值推算，只要混凝土表面溫度驟降5～7℃，就可能引起裂縫。采用保溫法控制溫度的基本原理是利用混凝土的初始溫度加上水泥水化熱的溫升，在緩慢的散熱過程中（通過人為控制），使混凝土獲得必要的強(qiáng)度。

4 合理組織施工

在施工過程中精心安排混凝土施工時(shí)間，在高溫季節(jié)施工時(shí)，混凝土澆筑時(shí)間盡量安排在16時(shí)至翌日上午10時(shí)前進(jìn)行，以減少混凝土溫度回升。新舊混凝土澆筑間隔時(shí)間為5～7天，相鄰澆筑壩塊高差控制在8m以內(nèi)。

5 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的限制與修補(bǔ)

盡管對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)采取各種各樣的防裂措施，但是工程實(shí)踐證明，由于各種復(fù)雜因素的影響，在混凝土澆筑不久或在施工期間就會(huì)出現(xiàn)裂縫。比如，美國陸軍工程師團(tuán)建設(shè)的德沃歇克重力壩，混凝土出機(jī)溫度為7℃，蓄水后仍然產(chǎn)生了嚴(yán)重的順流向劈頭裂縫。為提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性和使用壽命應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行控制和加固修補(bǔ)，根據(jù)裂縫產(chǎn)生的具體成因、裂縫的穩(wěn)定性和工程實(shí)際的需要，采取一定的措施對(duì)已形成的裂縫進(jìn)行限制，消除誘發(fā)裂縫的因素，防止裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)于要求嚴(yán)格的工程則必須對(duì)裂縫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。正在施工中出現(xiàn)的裂縫，一般沿裂縫走向鋪設(shè)鋼筋或鋼絲網(wǎng)，并應(yīng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加強(qiáng)表面保溫和養(yǎng)護(hù)，對(duì)于出現(xiàn)在老混凝土上的深層裂縫應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、結(jié)構(gòu)形式、裂縫出現(xiàn)的部位、裂縫發(fā)生的原因、裂縫的性質(zhì)、裂縫的寬度，以及結(jié)構(gòu)的受力情況，合理地選擇修補(bǔ)材料和方法。裂縫的一般修補(bǔ)方法有：

5.1 表面修補(bǔ)法。主要用于對(duì)承載能力無影響的表面裂縫，大面積細(xì)裂縫以及防滲補(bǔ)漏的處理。主要有表面涂抹水泥砂漿、表面涂抹環(huán)氧膠泥、環(huán)氧粘貼玻璃法、表面鑿槽嵌補(bǔ)法和表面貼條法等。

5.2 內(nèi)部修補(bǔ)法。主要用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響及有防水、防滲要求的深層裂縫及內(nèi)部缺陷的修補(bǔ)。其最有效的方法是灌漿法。用壓力設(shè)備將漿材壓入構(gòu)件的裂縫及內(nèi)部缺陷，充填其空隙，漿材凝結(jié)硬化后，其補(bǔ)強(qiáng)加固、防滲堵漏，并恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性作用，包括水泥灌漿和化學(xué)灌漿。

5.3 結(jié)構(gòu)加固法。主要用于提高結(jié)構(gòu)的承載力，限制裂縫的發(fā)展或?qū)⒘芽p封閉。包括外包（鋼筋）混凝土或鋼加固，粘膠、鉚接、焊接等外貼加固補(bǔ)強(qiáng)，預(yù)應(yīng)力錨固，噴漿及噴射混凝土等結(jié)構(gòu)加固。當(dāng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后，會(huì)削弱混凝土的強(qiáng)度，危及結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，此時(shí)不但要進(jìn)行裂縫的修補(bǔ)，而且還要對(duì)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固。常用的補(bǔ)強(qiáng)加固方法有錨貼鋼板法、預(yù)應(yīng)力法、增強(qiáng)斷面法、增設(shè)桿件法、粘貼玻璃鋼法、噴射混凝土法和錨桿錨固法等。

6 結(jié)論

大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。一方面是混凝土由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，另一方面是結(jié)構(gòu)物的外部約束和混凝土各質(zhì)點(diǎn)間的約束，應(yīng)阻止這種應(yīng)變。一旦溫度應(yīng)力超過混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。這種裂縫一般雖不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度（裂縫寬度應(yīng)在允許范圍內(nèi)），但卻對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性有所影響，因此必須予以重視和加以控制。

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