大體積混凝土裂縫控制技術(shù)探討

閆 永 杰

(山東 濰坊 262115)

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大體積混凝土裂縫控制技術(shù)探討

閆 永 杰

(山東 濰坊 262115)

介紹了大體積混凝土的概念，分析了大體積混凝土工程面臨的主要技術(shù)難題，并根據(jù)大體積混凝土的開裂機(jī)理，從配合比設(shè)計(jì)、水泥選擇、養(yǎng)護(hù)管理等方面，提出了防止大體積混凝土開裂的技術(shù)措施。

大體積混凝土，開裂機(jī)理，配合比，水泥

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大體積混凝土工程日益增多，大體積混凝土的裂縫控制問題是施工中經(jīng)常遇到的一個(gè)問題。導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的原因較多，具體包括溫差裂縫、收縮裂縫和安定性裂縫，大體積混凝土的裂縫為工程質(zhì)量帶來嚴(yán)重隱患。因此，大體積混凝土施工中應(yīng)嚴(yán)格控制裂縫產(chǎn)生和發(fā)展，以保證工程質(zhì)量。

1 大體積混凝土概述

1.1 大體積混凝土的概念

關(guān)于大體積混凝土的概念，根據(jù)我國《大體積混凝土施工規(guī)范》對(duì)大體積混凝土的定義是：混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體最小幾何尺寸不小于1 m的大體量混凝土或者因混凝土中膠凝材料水化反應(yīng)引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土，所以大體積混凝土不是以混凝土連續(xù)澆筑的量,而是混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體最小幾何尺寸或可能溫度變化和收縮而導(dǎo)致混凝土有害裂縫確定的，大體積混凝土被廣泛應(yīng)用于大型的工程中，但是其開裂問題是一個(gè)普遍的技術(shù)性難題。

1.2 大體積混凝土面臨的主要技術(shù)難題

1)施工難度大。大體積混凝土使用的混凝土方量大，結(jié)構(gòu)物或是構(gòu)件體積龐大，這就決定了其施工難度大，同時(shí)對(duì)混凝土的整體質(zhì)量提出了更高的要求；2)對(duì)裂縫的控制要求高。大體積混凝土被廣泛應(yīng)用在壩體、防爆廠房以及橋梁基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)中，除了對(duì)強(qiáng)度提出了較高要求之外，還對(duì)其體積穩(wěn)定性、抗?jié)B性、抗裂性等性能提出了更高的要求，這就使得裂縫的控制問題成為大體積混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵；3)體積大，變形量大，形變難以控制。由于大體積混凝土具有尺寸大、水化熱散發(fā)困難的特點(diǎn)，在澆筑完成后容易出現(xiàn)巨大的內(nèi)外溫差，同時(shí)在冷卻的過程中容易產(chǎn)生巨大的收縮，使得混凝土中容易出現(xiàn)嚴(yán)重的貫穿性裂縫，嚴(yán)重影響了大體積混凝土的整體穩(wěn)定性和質(zhì)量。

2 大體積混凝土的開裂機(jī)理分析

2.1 收縮裂縫

混凝土中的水泥水化時(shí)會(huì)消耗水分，消耗水分后膠凝孔的液面下降會(huì)形成彎月面，這就是混凝土的自干燥作用，混凝土的自干燥作用使混凝土內(nèi)的相對(duì)濕度降低和體積減小而導(dǎo)致混凝土自身收縮，當(dāng)水灰比較大時(shí)，特別是大于0.5時(shí)，混凝土的自收縮與干燥收縮相比可以忽略；但是當(dāng)水膠比較小時(shí)，特別是小于0.35時(shí)，混凝土內(nèi)的相對(duì)濕度會(huì)降低較快，這時(shí)混凝土的自收縮與干縮的比例各占50%。大體積混凝土隨著水化反應(yīng)導(dǎo)致水分的減少和水分的蒸發(fā)，必然會(huì)導(dǎo)致體積收縮，這種收縮如果受到外界的約束，就會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，當(dāng)收縮應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。

塑性收縮也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)大體積混凝土裂縫，當(dāng)混凝土的水膠比較小時(shí)，混凝土中的水分較少，當(dāng)混凝土表面的水分蒸發(fā)后得不到有效補(bǔ)充時(shí)，混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)塑性裂縫，出現(xiàn)裂縫后，隨著混凝土內(nèi)水分的進(jìn)一步蒸發(fā)，裂縫會(huì)進(jìn)一步加大，最后導(dǎo)致混凝土開裂。

2.2 溫差裂縫

大體積混凝土在施工澆筑階段也有可能產(chǎn)生裂縫，這主要是由于混凝土內(nèi)部與外部之間的溫差所引起的，一方面大體積混凝土澆筑體積較大，內(nèi)部產(chǎn)生熱量較多，無法第一時(shí)間排出，而外部的混凝土在快速凝固的過程中就會(huì)阻擋這種內(nèi)部的應(yīng)力，當(dāng)混凝土內(nèi)部的溫度產(chǎn)生的應(yīng)力超過混凝土材料的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。從裂縫的深度和分布的位置來看，主要有三種，即表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫。深層裂縫和貫穿裂縫的危害極大，尤其是貫穿裂縫切斷了結(jié)構(gòu)表面，破壞了結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，必要時(shí)必須進(jìn)行化學(xué)灌漿處理，才能滿足設(shè)計(jì)使用要求。

2.3 安定性裂縫

水泥的安定性不合格的時(shí)候，混凝土表面會(huì)出現(xiàn)龜裂，所以水泥安定性不合格也是造成大體積混凝土裂縫的一個(gè)原因。

3 防止大體積混凝土開裂的主要技術(shù)措施

3.1 優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)

大體積混凝土不同于一般的混凝土材料結(jié)構(gòu)，在大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意以下問題，可以有效防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫：1)采用低水膠比，對(duì)于C30混凝土水膠比最好不超過0.43，這是決定大體積混凝土具有良好性能的先決條件。水在混凝土中的作用一是與水泥中的成分硅酸三鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣發(fā)生水化反應(yīng)，生成新的水硬性材料水泥石，水泥必須與水發(fā)生水化反應(yīng)才能產(chǎn)生強(qiáng)度。如果水多了，也就是水膠比偏高，會(huì)對(duì)水泥石的強(qiáng)度和耐久性產(chǎn)生負(fù)面影響，原因是隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，拌合物中最初被水占據(jù)的空間逐步會(huì)被水化生成物填充，但如果用水量超過水泥用量的35%(重量比)(水灰比為0.35)時(shí)，水泥與水的水化生成物就不能將拌合水原來所占據(jù)的空間全部填充，隨著水分的蒸發(fā)，混凝土硬化后會(huì)留下許多孔隙，孔隙越多，混凝土的強(qiáng)度越低；2)在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，將水泥用量降到最低，這個(gè)最低點(diǎn)是指能保障混凝土強(qiáng)度的前提下的水泥最少用量。如果水泥用量低于這個(gè)點(diǎn)，混凝土強(qiáng)度無法保證；如果水泥用量偏高，過多的水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量無法及時(shí)散出，混凝土內(nèi)外溫差偏大，又會(huì)造成混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，所以在保障強(qiáng)度的前提下的水泥最少用量是防止產(chǎn)生溫度裂縫的一個(gè)較好的措施；3)在混凝土中摻加粉煤灰，粉煤灰能減緩水泥水化的速度，降低混凝土水化反應(yīng)導(dǎo)致的混凝土溫升，防止大體積混凝土因內(nèi)外溫差過大出現(xiàn)裂縫；粉煤灰會(huì)和混凝土中的水化物氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硅酸鈣，有利于提高混凝土的后期強(qiáng)度；粉煤灰可以填充骨料的孔隙并包裹他們形成潤滑層，有利于提高混凝土的工作性能；4)要合理的調(diào)整粗骨顆粒徑和顆粒級(jí)配，提高混凝土的密實(shí)性，降低混凝土的材料孔隙率，增加大體積混凝土的抗裂能力；5)在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)考慮添加礦物纖維，也可以增強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度，防止混凝土硬化后因失水和溫度變化引起的裂縫。

3.2 選用合適的低水化熱的礦渣水泥

大體積混凝土的開裂問題主要是由于水泥水化放熱造成內(nèi)部和外部形變量不同所導(dǎo)致的，可以說水泥是造成大體積混凝土開裂的一個(gè)重要因素。因此，為了降低大體積混凝土的開裂概率，應(yīng)該盡量采用低水化熱的礦渣水泥，并最大限度的降低水泥用量。與此同時(shí)，摻雜必要的混凝土摻合材料，從而降低混凝土的凝結(jié)速率，有效減小澆筑和凝結(jié)過程中水化熱，降低混凝土的內(nèi)外溫差，可以防止混凝土出現(xiàn)裂縫。

3.3 選擇合適的外加劑

實(shí)踐證明，大體積混凝土的內(nèi)外溫差在10 ℃～15 ℃之間才能保證水泥不開裂，而實(shí)際施工中控制這一條件非常不容易，這就需要選擇合適的外加劑，可以使用高效減水劑來降低水的用量，防止混凝土因?yàn)橛不笫鸬氖湛s造成的裂縫；其次，可以摻入少量的膨脹劑使混凝土產(chǎn)生適度的微膨脹來補(bǔ)償收縮，減小開裂，提升水泥材料的整體硬度與強(qiáng)度。

3.4 加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑后應(yīng)該及時(shí)覆蓋濕的土工布進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，防止混凝土表面失水過多引起塑性裂縫，加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)不僅可以防止因?yàn)槭_裂，而且可以提高混凝土的強(qiáng)度。

4 結(jié)語

大體積混凝土的開裂問題一直是困擾工程行業(yè)的一項(xiàng)難題，本文系統(tǒng)介紹了大體積混凝土發(fā)生開裂問題的主要原因，并提出了應(yīng)該從優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)原則、選擇合適的水泥以及外加劑和加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等四個(gè)方面著手，避免大體積混凝土開裂問題的產(chǎn)生，從而最大限度的保證工程質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[1] 王曉麗.泵送超大體積混凝土施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用[D].淮南：安徽理工大學(xué),2013.

[2] 江昔平.大體積混凝土溫度裂縫控制機(jī)理與應(yīng)用方法研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2013.

[3] 馬 睿.基于遺傳算法的高層建筑基礎(chǔ)大體積混凝土配合比優(yōu)化[D].天津：天津大學(xué),2010.

[4] 米永剛.大體積混凝土配比優(yōu)化設(shè)計(jì)及裂縫控制技術(shù)研究[D].西安：西安科技大學(xué),2008.

Discussion on crack control technology of mass concrete

Yan Yongjie

(Weifang 262115, China)

This paper introduced the concept of mass concrete, analyzed the main technical problems of mass concrete engineering, and according to the cracking mechanism of mass concrete, from the mix proportion design, cement selection, maintenance management and other aspects, put forward the technical measures to prevent mass concrete cracking.

mass concrete, cracking mechanism, mix proportion, cement

1009-6825(2017)08-0098-03

2017-01-06

閆永杰(1980- )，男，工程師,身份證號(hào)：370784198010163838

TU755

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