大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生機理分析與抗裂控制新對策

王友輝

摘 要：在分析和研究大體積混凝土的溫度裂縫的形成要素基礎(chǔ)上，總結(jié)出控制大體積混凝土的溫度裂縫的產(chǎn)生對策，進而有效處理大體積混凝土的溫度裂縫問題。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土 溫度裂縫 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TV331 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0086-02

在社會經(jīng)濟快速發(fā)展形勢下，國內(nèi)建筑工程項目的施工技術(shù)得到明顯提高，其中大體積混凝土的施工技術(shù)已被普遍運用。大體積混凝土通常為結(jié)構(gòu)斷面的最小尺寸要在80cm之上，而且水化熱引發(fā)混凝土出現(xiàn)的最高溫度及環(huán)境溫度之間的差值要超出25攝氏度的混凝土。從大體積混凝土有觀念結(jié)構(gòu)方面而言，為了可以滿足工藝及構(gòu)造的需求，通常情況下截面的尺寸比較大，同時對強度的設(shè)計有著具體的規(guī)定，可是對于裂縫與控制要求相對較少。因此，對大體積混凝土的溫度裂縫產(chǎn)生進行有效控制是一個重要的課題。

1 大體積混凝土的溫度裂縫產(chǎn)生的機理分析

大體積混凝土在進行施工時常常會出現(xiàn)溫度裂縫。通常情況下，造成大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的原因有三種，第一種是在外荷載形成的直接應力，也就是依據(jù)常規(guī)所設(shè)計的應力造成的裂縫；第二種是在外荷載的 直接作用下，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)次應力造成大體積混凝土出現(xiàn)裂縫；第三種是因為變形引發(fā)的大體積混凝土裂縫，也就是結(jié)構(gòu)因為溫度和收縮等原因引發(fā)的裂縫。本文主要對溫度裂縫產(chǎn)生的機理進行分析。

1.1 表面裂縫形成的機理分析

大體積混凝土會在溫度的升高及降低過程中出現(xiàn)體積膨脹與收縮現(xiàn)象，人們將其稱之為溫度的變形。因為大體積混凝土中結(jié)構(gòu)的截面相對較大，所用的水泥量比較多，在澆筑過后水泥灰釋放許多水化熱，導致混凝土的溫度急速升高[1]。因為大體積混凝土的導熱性能相對較差，體積又比較大，散熱效果不良。對此，大體積混凝土的內(nèi)部水化熱就會集聚不散，而外部的散熱效果較好，不管是升溫和升壓都會形成拉應力。如果溫度梯度到達某些程度，這時表面的拉應力就會超出大體積混凝土中極限抗拉的強度，當拉力超出混凝土承受力的時候，大體積混凝土就會出現(xiàn)裂縫。 下圖1

1.2 貫穿裂縫產(chǎn)生的機理分析

在水泥的水化反應結(jié)束和大體積混凝土逐漸散熱過后，大體積混凝土就會由原來的升溫使其轉(zhuǎn)變到降溫時期。在溫度降低情況下，混凝土的體積就會收縮。因為大體積混凝土的內(nèi)部熱量通常是有表面釋放出去，而降溫時期大體積混凝土的溫度主要分布特點就是中心的溫度比較高，而標明的溫度相對比較低，對此，大體積混凝土的中心部分和表面部分出現(xiàn)的冷卻程度存在較大差異，這時在混凝土的內(nèi)部就會形成比較大的內(nèi)約束。另外，地基與邊界條件對大體積混凝土也會形成較大的外約束。而內(nèi)約束力的主要作用就是使收縮的大體積混凝土形成拉應力[2]。在大體積混凝土的齡期增長情況下，彈性模量就會提升。對此，降溫收縮形成的應力相對較大，進而導致大體積混凝土出現(xiàn)貫穿裂縫。由此可知，大體積混凝土形成溫度裂縫主要由內(nèi)部矛盾造成的。

2 控制溫度裂縫的施工技術(shù)

2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先，合理配筋，防止應力集中。盡管鋼筋要在大體積混凝土的結(jié)構(gòu)中承受抗拉應力，可是因為通常情況下大體積混凝土的結(jié)構(gòu)中配筋率相對較小。而科學、合理的配筋能夠在一定程度上降低大體積混凝土裂縫進一步嚴重。另外，孔洞的周圍和轉(zhuǎn)角位置，比較容易因為應力集中形成裂縫，對此在薄弱的位置要加大鋼筋用量，這樣能夠有效防止裂縫的產(chǎn)生。在結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中構(gòu)造配筋非常重要，其對結(jié)構(gòu)的抗裂影響較大，對此在設(shè)計時一定要加強，例如選擇上、下兩層的連續(xù)方式進行配筋等。其次，科學、合理選取大體積混凝土的結(jié)構(gòu)方式及強度等級。為了可以防止裂縫的產(chǎn)生，要在梁板的設(shè)計過程中選擇中低檔的混凝土等級，但是要在后期加大強度。另外，工程項目結(jié)構(gòu)設(shè)計時要格外注重混合結(jié)構(gòu)有關(guān)約束狀態(tài)，盡量減小結(jié)構(gòu)約束度。

2.2 砂、石墊層

對于存在一定承載能力的地基，可以在上面設(shè)置80cm厚度的卵石層，然后在卵石層的上面設(shè)置一層厚度為20cm的砂墊層[3]。而大體積混凝土可以布置于砂墊層的上面。其中卵石層和砂墊層就是具有彈性的滑動形式的墊層，此種墊層不僅可以處理滑動問題，還可以再大體積混凝土的底部作為褥墊層。如果出現(xiàn)地震時，還會起到結(jié)構(gòu)的隔震作用。然而傳統(tǒng)的施工方法就是在墊層上面設(shè)置油氈或是涂一層瀝青膠，在現(xiàn)實運用中難以發(fā)揮作用，因為大體積混凝土中荷載相對較大，如果出現(xiàn)滑動，就會造成油氈或是瀝青隆起，無法起到滑動的作用，砂、石墊層結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 骨料的選取和配合比

骨料在大體積混凝土中熱血性能和熱膨脹等方面發(fā)揮著重要作用。通常情況下，密度較高和吸水率較低的骨料具備較小的收縮性。如果W/C不發(fā)生變化時，骨料運用的越多，粒徑就會越大，而水泥的用量就相對較少，這時大體積混凝土的絕熱溫升較低。要想合理處理大體積混凝土的水化熱問題，最主要的就是盡量較少水泥的用量，可是減少水泥用量又無法確?；炷恋膹姸?，對此選取合理的骨料十分重要[4]。經(jīng)過多年的實踐，混凝土可以選取正長巖的人工骨料，其抗壓強度可以達到180MPa，吸水率是0.42%。該種骨料因為強度相對較大，用于大體積的混凝土中，可以在一定程度上降低水泥的用量，同時還可以確保大體積混凝土的強度。除此之外，如果水灰比W/C為出現(xiàn)變化時，可以選取骨料粒徑相對較大的，這樣可以在一定程度上降低混凝土的絕熱溫升。

3 結(jié)語

大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫是比較常見的問題。而混凝土裂縫的存在及擴展常常會在一定程度上減低運用年限，嚴重的時候甚至影響到結(jié)構(gòu)的安全，無法正常運用。通過長時期的實踐，在大體積混凝土施工過程中可以改進約束條件和科學、合理配置鋼筋以及優(yōu)化配合比的設(shè)計等，從而有效控制大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，確保工程項目的整體施工質(zhì)量。

參考文獻

[1] 戴會超，王建.國內(nèi)外水利水電工程混凝土裂縫及其防治技術(shù)研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

[2] 馮乃謙，顧晴霞，郝挺宇.混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫與對策[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[3] 彭立海.大體積混凝土溫控與防裂[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

[4] 王可，劉書賢.大體積混凝土溫度裂縫原因及控制措施[J].山西建筑，2013，34（9）：162-163.