施工過程中大體積混凝土裂縫的控制與措施

鐘浩

摘要：大體積混凝土的裂縫處理相對于普通裂縫的處理技術(shù)難度大。本文對大體積混凝土施工過程中的裂縫控制進行了闡述，并給出了大體積混凝土裂縫的處理方法。

關(guān)鍵詞：施工過程；大體積混凝土；裂縫；控制；措施

1.引言

一般認為大體積混凝土是體積很大的現(xiàn)場澆注的混凝土，其尺度大到必須采取措施以對付水泥水化發(fā)出的熱量及伴隨發(fā)生的體積變化，盡量減少溫度裂縫。直觀一點講，塊體最小尺度大于2m左右的混凝土，就可以認為是大體積混凝土。當然這不是一個絕對值限值。混凝土壩是典型的大體積混凝土。其他如閘、船塢、港口建筑、大型基礎(chǔ)、核電站壓力容器和安全殼等結(jié)構(gòu)的混凝土，一般都可屬于大體積混凝土。不同類型的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于所處的工作環(huán)境不同，對混凝土的要求也不完全相同，但各大體積混凝土的共同要求是控制溫度，減少裂縫。核電站壓力容器和安全殼的混凝土，對防止出現(xiàn)裂縫的要求尤為嚴格。一般認為是體積很大的現(xiàn)場澆注的混凝土，其尺度大到必須采取措施以對付水泥水化發(fā)出的熱量及伴隨發(fā)生的體積變化，盡量減少溫度裂縫。

不同類型的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于所處的工作環(huán)境不同，對混凝土的要求也不完全相同，但各大體積混凝土的共同要求是控制溫度，減少裂縫。核電站壓力容器和安全殼的混凝土，對防止出現(xiàn)裂縫的要求尤為嚴格。

2. 裂縫產(chǎn)生的原因分類及其危害

2.1 裂縫產(chǎn)生原因

大體積混凝土自澆注開始，就要經(jīng)受外界環(huán)境和其本身的各種因素的作用，使混凝土中任一點的位移和變形不斷地變化，從而產(chǎn)生了應(yīng)力。一般情況下，當應(yīng)力超過了混凝土中的極限強度，或其應(yīng)力變形超過了混凝土的極限變形值，由混凝土構(gòu)成的結(jié)構(gòu)物就要產(chǎn)生裂縫。裂縫發(fā)展到嚴重程度，結(jié)構(gòu)物因失去荷載能力而破壞。因此從力學(xué)觀點分析，可以認為結(jié)構(gòu)物有其本身的承載力或抗裂能力，設(shè)計者用這種結(jié)構(gòu)的抗裂能力來抵御外界的或其本身的破壞力。這種破壞力綜合起來可分為以下幾種：

（1）溫度應(yīng)力。包括由結(jié)構(gòu)混凝土本身水化熱產(chǎn)生的和由環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的。

（2）干縮應(yīng)力。由于混凝土的水分擴散系數(shù)極小，結(jié)構(gòu)水分的散失，多數(shù)發(fā)生在混凝土表層很淺的部位，而且拉應(yīng)力也產(chǎn)生在這個部位。

（3）外荷載應(yīng)力。包括自重、水壓、泥沙壓力、揚壓力、地震力、凍水壓力、冰壓力、設(shè)備重量及其他設(shè)計考慮的活荷載及死荷載。

（4）基礎(chǔ)變形和模板走樣產(chǎn)生的應(yīng)力。

（5）膨脹力產(chǎn)生的應(yīng)力。包括凍融破壞、堿-骨料反應(yīng)、鋼筋銹蝕、水泥不安定及硫酸鹽侵蝕等。

（6）自生體積變形應(yīng)力?？赡苁桥蛎涀冃?，也可能是收縮變形。前者會增加壓力，后者會產(chǎn)生拉應(yīng)力。

眾所周知，混凝土的抗壓強度和極限壓縮變形值一般較高，但其抗拉強和極限拉伸值卻相當?shù)?。如抗拉強度僅為抗壓強度的1/8～1/20；極限拉伸值也低。因而一般發(fā)生在大體積混凝土中的裂縫，絕大多數(shù)是拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強度，或拉伸應(yīng)變超過了混凝土的極限拉伸值而產(chǎn)生的。由于混凝土本身存在著抗拉強度低、極限拉伸值小這種缺點，而水工混凝土又多半是大體積素混凝土和少筋混凝土，所以要想避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，不是輕而易舉的。

2.2裂縫分類

裂縫就其開裂程度可分為表面的，貫穿的；就其在結(jié)構(gòu)物表面形狀可分為網(wǎng)狀裂縫、爆裂裝裂縫、不規(guī)則短裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、斜裂縫等；裂縫按其發(fā)展情況可分為穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的、能愈合的和不能愈合的；裂縫按其產(chǎn)生的時間可分為混凝土硬化之前產(chǎn)生的塑性裂縫和硬化之后產(chǎn)生的裂縫；裂縫按其產(chǎn)生的原因可分為荷載裂縫和變形裂縫。荷載裂縫是指因動、靜荷載的直接作用引起的裂縫。變形裂縫是指因不均勻沉降、溫度變化、濕度變異、膨脹、收縮、徐變等變形因素引起的裂縫。

水電工程一般將裂縫分為貫穿縫、深層縫及表面縫3 種。貫穿縫指貫穿全倉的水平、鉛直縫或壩塊縫深大于兩個澆注塊，或側(cè)面縫長大于8～10 米或1/3 壩塊寬度的裂縫。其中以基礎(chǔ)混凝土貫穿縫最為嚴重，它破壞壩的整體性，如不處理將改變大壩運用期的應(yīng)力狀況。深層縫的表面縫寬0.2～0.4mm，深1～5m，長度大于2m，小于1/3 壩塊寬度或貫穿2～3 個澆注層（層厚小于3m）。此類縫多由表面縫逐漸擴展而成，其危害程度遜于貫穿縫，一般也應(yīng)進行處理，或僅作表面封閉處理。

表面縫占全部裂縫的絕大部分，縫窄淺，有時可自行封閉。其危害程度較小，除上游面較大的表面縫應(yīng)進行封閉處理外，一般不需處理。目前此類縫很難避免，但亦應(yīng)重視，及時改變形成裂縫的條件，防止逐步發(fā)展成為深層裂縫。永久暴露壩面也要注意影響外觀，在防護措施上應(yīng)從防裂著手。

3.大體積混凝土裂縫控制

3.1施工過程控制

施工過程中必須注意保溫保濕的養(yǎng)護措施，熱別是早期養(yǎng)護如花管淋水（夏季重點）、塑料薄膜覆蓋、草袋保溫（冬季重點），盡早執(zhí)行（澆灌后約6h）澆灌后3～4h進行兩次抹壓?，F(xiàn)場嚴格控制混凝土的水灰比及坍落度，注意振搗質(zhì)量，不得過振，也不得超振，不應(yīng)現(xiàn)場加水，不得在雨中澆灌混凝土，注意現(xiàn)場放風(fēng)及太陽直射，盡可能早起回填土。應(yīng)當根據(jù)不同季節(jié)采取不同施工及養(yǎng)護方法，注意不加覆蓋的簡易淋水對養(yǎng)護作用極微，應(yīng)當覆蓋薄膜及草袋在上部較長時間淋水（7～14d），才能取得良好養(yǎng)護效果。

3.2材料控制

混凝土攪拌站除了注意混凝土的強度要求外，還應(yīng)該了解混凝土的具體應(yīng)用特點，大體積混凝土性質(zhì)的要求，控制由于變形作用引起的裂縫。優(yōu)選有利于混凝土抗拉性能的級配。應(yīng)特別注意選擇對收縮變形及水化熱影響較小的外加劑及摻和料，對于常規(guī)混凝土盡可能采用普通減水劑或中效減水劑，對于高強及高性能混凝土宜采用高效減水劑?；炷恋目箟簭姸炔灰粲羞^多的余地。大體積混凝土盡可能利用60d或90d強度。攪拌站應(yīng)當經(jīng)常作強度分析，減少變異性；檢查稱量裝置確保無誤，檢查自動控制設(shè)備確保在嚴酷的工作環(huán)境中設(shè)備的穩(wěn)定性。新型材料對比收縮實驗應(yīng)當自然養(yǎng)護，時間不應(yīng)少于6個月。關(guān)于外加劑摻和料作為第五組分和第六組分應(yīng)加以重視，但是有關(guān)體積穩(wěn)定性的研究上尚未能定量。試塊的高性能不能代表結(jié)構(gòu)的高性能。近期的研究表明，高摻量摻和料混凝土的收縮大于普通混凝土，高強混凝土的收縮大于高摻量摻和料混凝土。簡易根據(jù)結(jié)構(gòu)不同部位采取不同摻量。

3.3環(huán)境方面

注意施工的季節(jié)，環(huán)境的溫濕度及氣象變化對混凝土變形性能的影響，嚴格控制現(xiàn)場坍落度、防風(fēng)、及時和氣象站保持緊密聯(lián)系，應(yīng)當盡可能在較低的溫度環(huán)境中開始澆灌混凝土，中間特別注意急劇降溫、幾句干燥對混凝土的不利影響。注意暴雨中不能澆灌混凝土。

3.4管理方面

應(yīng)當確定科學(xué)的控制裂縫標準，合理的選擇施工進度，避免在混凝土施工中過分搶工期，監(jiān)督混凝土施工中制定的各項技術(shù)措施，必須嚴格執(zhí)行。不應(yīng)當預(yù)先制定設(shè)計及施工單位必須選用材料及施工方法，設(shè)計圖紙上不應(yīng)指定施工單位采用尚不成熟的外加劑。施工過程中及驗收后發(fā)現(xiàn)有少量的裂縫，應(yīng)當采取化學(xué)灌漿方法和封閉方法加以處理，輕微的收縮裂縫不應(yīng)作為“事故”處理，也不應(yīng)降低工程質(zhì)量標準，采取適當措施以確保結(jié)構(gòu)物的正常耐久使用，完全滿足設(shè)計要求。

4.小結(jié)

裂縫處理是確保結(jié)構(gòu)耐久性的維護措施。處理裂縫的時間以裂縫發(fā)展基本穩(wěn)定，在春秋動季節(jié)為宜。不采用任何特殊外加劑和特殊摻和料及特殊施工方法，而是采用普通混凝土施工工藝，只是要求嚴格執(zhí)行。只要精心設(shè)計、精心施工、精心供料，并嚴格認真執(zhí)行，就能減小裂縫概率。

參考文獻：

[1]韓素芳. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制指南.化學(xué)工業(yè)出版社.2006

[2]彭立海等.大體積混凝土溫控與防裂.黃河水利出版社. 2008

[3]田雨澤等. 大體積混凝土裂縫控制的應(yīng)力計算與分析.鞍山鋼鐵學(xué)院學(xué)報.2002