高強(qiáng)度大體積混凝土材料特性研究

（商丘工學(xué)院 476000）

高強(qiáng)度大體積混凝土材料特性研究

陳培培 張 旺

（商丘工學(xué)院 476000）

大體積混凝土在施工應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，對(duì)大體積混凝土的優(yōu)化配合比和抗裂施工技術(shù)方面進(jìn)行研究。主要探討大體積混凝土開裂特性的成因，以及針對(duì)問題進(jìn)行系統(tǒng)的了解設(shè)計(jì)、原材料、施工工序和后期養(yǎng)護(hù)方面提出有效的抗裂措施方案。

大體積混凝土；裂縫

1 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)飛速的發(fā)展，越來越多的偉大建筑出現(xiàn)在人們的生活中，這種成就不得不說是人類創(chuàng)造建筑奇跡的過程。隨著高大建筑的發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)物的大型化對(duì)混凝土的性能也提高了要求。大體積混凝土的配合比設(shè)計(jì)、澆筑、養(yǎng)護(hù)和溫度控制等技術(shù)是其關(guān)鍵因素。為了保證大體積混凝土的施工質(zhì)量，根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)狀況，采用一些能夠方便實(shí)用的理論體系手段。隨著廣泛應(yīng)用大體積混凝土，在大體積混凝土施工方面總結(jié)出一套簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、高效的理論體系，成為急需處理施工技術(shù)中的現(xiàn)實(shí)課題。通過過往的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知混凝土質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個(gè)工程質(zhì)量，而且其成本造價(jià)也是相當(dāng)可觀的。如何進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)、施工組織和成本控制，是整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)中必須重點(diǎn)研討的話題。

近年來，大體積混凝土在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，大體積混凝土的開裂已成為混凝土工程的重點(diǎn)。經(jīng)工程界的專人研究可知混凝土的1/3應(yīng)力由干縮和濕脹引起的，其中2/3的應(yīng)力由溫度變化引起的。由此可見，溫度應(yīng)力是當(dāng)今大體型建筑物發(fā)生開裂的一個(gè)非常重要的因素之一。為了保證大型建筑結(jié)構(gòu)的安全、穩(wěn)定和綜合性能，有必要控制水泥在施工階段的水化熱，降低大體積混凝土早期溫度裂縫的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

混凝土裂縫日益受到工程界的關(guān)注。在較為復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)施工中，如何保證混凝土結(jié)構(gòu)安全與避免產(chǎn)生裂縫及發(fā)展成為當(dāng)今社會(huì)的關(guān)鍵。所以，既要保證順利、有效的施工設(shè)計(jì)，又要保證結(jié)構(gòu)的安全，對(duì)大體積混凝土的防裂相關(guān)技術(shù)研究具有非常重要的意義。

2 混凝土的優(yōu)缺點(diǎn)

與以往混凝土相比，特別是高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度高，抗壓強(qiáng)度比普通混凝土高出4-6倍，一般強(qiáng)度大于C60。減少混凝土結(jié)構(gòu)的截面積不僅給人一種舒適的感覺，而且增加了實(shí)際使用面積和經(jīng)濟(jì)效益的提高。高強(qiáng)混凝土變形小、剛度大，有利于提高混凝土的變形性能。除此之外，高強(qiáng)混凝土更加致密大大增加了抗凍性、抗?jié)B性、耐腐蝕能力和抗沖擊能力。

在施工中，工程條件復(fù)雜，整體澆筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定高，一般采用整體澆筑技術(shù)，不可以出現(xiàn)有害的施工工縫。大體積混凝土自重大、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、導(dǎo)熱系數(shù)差和不耐高溫極易產(chǎn)生混凝土裂縫，構(gòu)造產(chǎn)生裂痕，首先混凝土外觀品質(zhì)遭到影響，其次工程構(gòu)造的安全也遭到危害。對(duì)于大體積混凝土的重要部件，開始時(shí)發(fā)生外表裂痕，假設(shè)不及時(shí)對(duì)其采取正當(dāng)措施進(jìn)行修補(bǔ)，后期混凝土結(jié)構(gòu)受到各種外界因素的影響，將能夠引起結(jié)構(gòu)的耐久性降低和滲透等狀況，且表面裂縫將可能加深裂縫寬度和深度，不利于整個(gè)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，甚至將可能給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)。

3 混凝土遇到的問題

混凝土是由水、水泥、砂和石子按一定配合比組成的人造石材，主要用來承受荷載抗壓作用。混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度和較低的抗拉強(qiáng)度，大概抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10。但在實(shí)際工程施工中，許多混凝土構(gòu)造既承受壓應(yīng)力，又承受不同程度的拉應(yīng)力的環(huán)境下，特別是大體積混凝土極易發(fā)生裂縫問題。

隨著大體積混凝土施工技術(shù)的成熟，人們對(duì)高質(zhì)量的施工技術(shù)也成為社會(huì)進(jìn)步的必要需求。隨著建筑領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，大體積混凝土逐歩應(yīng)用于大體型混凝土結(jié)構(gòu)中。但是，因?yàn)榛炷羶?nèi)部的蓄熱量較大，加強(qiáng)溫度應(yīng)力，使得混凝土裂痕成為設(shè)計(jì)和施工中急需處理的重大問題。

3.1裂縫產(chǎn)生的原因及分析

在工程施工過程中，大體積混凝土產(chǎn)生的溫度裂縫是由混凝土內(nèi)部矛盾產(chǎn)生的結(jié)果。一種是混凝土結(jié)構(gòu)承受內(nèi)外溫差的應(yīng)力應(yīng)變，另一種是混凝土結(jié)構(gòu)外部約束和混凝土內(nèi)部約束，以阻止混凝土的變形。如果混凝土的溫度應(yīng)力超過其最大抗拉應(yīng)力時(shí)，混凝土?xí)p壞，造成混凝土裂縫。因此，盡量控制混凝土不產(chǎn)生裂縫，就要控制其最大拉應(yīng)力不超過當(dāng)時(shí)抗拉強(qiáng)度的極限。根據(jù)以往大量大體積混凝土裂縫的情況，可以看出裂縫產(chǎn)生的主要因素有以下幾種：

1.溫度裂縫，設(shè)置和澆筑大體積混凝土凝結(jié)硬化過程中，由于水泥水化作用而在其內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量，生成了許多混凝土內(nèi)部溫度上升的混凝土儲(chǔ)蓄熱量、導(dǎo)熱系數(shù)低，自身結(jié)構(gòu)較厚，過于集中在混凝土內(nèi)部的熱量不易散發(fā)，使混凝土內(nèi)部溫度增加，而混凝土表面層與空氣接觸，表面溫度容易散發(fā)，表面溫度較低，由此形成混凝土內(nèi)部與表面產(chǎn)生過大的溫差，進(jìn)而形成較高的溫度梯度，這將造成溫度應(yīng)力和溫度變形?；炷恋臐仓囟仁墉h(huán)境溫度的高與低的影響，澆筑溫度過高將會(huì)給后期混凝土內(nèi)部溫度過高帶來麻煩，進(jìn)一步增加內(nèi)部和表面溫度差，混凝土內(nèi)外溫差增大，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，極不利于混凝土結(jié)構(gòu)的防裂。

2.收縮裂縫，事實(shí)證明，混凝土澆筑完畢后，只有20%的水分被用于凝結(jié)硬化混凝土，而要蒸發(fā)掉80%的水分?；炷猎谀Y(jié)硬化和散熱的過程中水分蒸發(fā)必然要引起混凝土體積發(fā)生收縮效應(yīng)，特別是大體積混凝土產(chǎn)生這種收縮現(xiàn)象更加明顯。

3.約束裂縫，在大體積混凝土澆筑的過程中，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量的水化熱對(duì)其自身的溫度影響很大，因此發(fā)生混凝土的變形可能將會(huì)受到外部結(jié)構(gòu)或模板約束的影響，相應(yīng)的產(chǎn)生約束應(yīng)力。

4..混凝土材料裂縫的原因，造成混凝土裂縫的主要原因是受到自身的收縮約束力而形成的拉應(yīng)力大于當(dāng)時(shí)極限抗拉強(qiáng)度。材料的選擇控制混凝土自身的收縮，混凝土的材料有水和水泥、砂和石子、外加劑和摻合料配合等。混凝土的收縮量和強(qiáng)度大小是由不同種類的水泥和水泥的用量不同而引起的。

5.安定性裂縫，混凝土安定性裂縫是以龜裂的形式發(fā)生裂痕，主要原因是水泥安定性不合格造成的。

3.2混凝土產(chǎn)生裂縫的控制方法

3.2.1 配合比優(yōu)化

結(jié)合大體積混凝土原材料的用量和質(zhì)量的抗裂分析得到相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)，通過選用最佳的配合比、最佳的組合設(shè)計(jì)以抗裂為核心的目標(biāo)。要具有足夠的強(qiáng)度、抗裂能力的綜合指標(biāo)。

3.2.2 施工方法

混凝土裂縫是相對(duì)的，由溫差引起裂縫產(chǎn)生是不可以避免的，但可以采用正確的方法來避免有害裂縫的發(fā)生。例如采用摻加粉煤灰、減水劑等合適的方法，可以降低混凝土凝結(jié)硬化階段，其內(nèi)部和表面的溫差。到了后期，形變則主要是由于混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)引起的干縮形變。所以，在混凝土的前后期都有可能出現(xiàn)收縮造成的裂縫，在后期維護(hù)中要格外注意。因此，在工程施工中采用合適的技術(shù)措施可以有效的防止有害裂縫的出現(xiàn)。

1.降低水泥水化熱。通過采用中低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥品種配制混凝土，精確計(jì)算混凝土的配合比，同時(shí)采用“三摻”施工技術(shù)，減少澆筑混凝土的水泥使用量和單位用水量。如果現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)條件可以的話，在混凝土中摻加適量的大石塊，可以減少混凝土的使用量，能夠節(jié)省水泥用量以及降低水泥水化熱。

2.降低混凝土入模溫度。選擇適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，用麻布遮蔽骨料且對(duì)骨料灑水降溫，在運(yùn)輸和澆筑過程中對(duì)其遮陽防止輻射，達(dá)到降低混凝土拌和物的入模溫度的目的。

3.加強(qiáng)施工中的溫度控制。

4.改善約束條件。。將滑動(dòng)層設(shè)置在大體積混凝土基礎(chǔ)與墊層之間，比如施工時(shí)采用刷熱瀝青作為滑動(dòng)層，消除嵌固作用，最終釋放約束應(yīng)力。

5.提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。控制骨料含泥量；采用二次投料法、二次振搗法、混凝土澆筑后排除表面積水和最上層泥漿等方法的施工工藝；加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)，齡期的抗拉強(qiáng)度和彈性模量；必要時(shí)可以在內(nèi)部設(shè)置溫度配筋，有利于應(yīng)力分布，防止裂縫的產(chǎn)生。

6.添加外加劑。在工程施工過程中，通過加入減水劑減少水泥用量，達(dá)到節(jié)省成本或者工程需要的目的。如果需要減少水泥水化熱，可以摻入一定量的粉煤灰，添加少量的緩凝劑可以延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間，膨脹劑能夠減少混凝土體積的收縮。特別是體型較大的混凝土，需要嚴(yán)格的控制外加劑的使用量。先檢驗(yàn)產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后確定外加劑的使用量。

7. 后期養(yǎng)護(hù)。通常采用蓄水法技術(shù)對(duì)混凝土溫度進(jìn)行控制，避免混凝土表面發(fā)生龜裂現(xiàn)象，有效的提高了混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)度，根據(jù)控制混凝土溫度經(jīng)過精確的計(jì)算確定蓄水深度。對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)要24小時(shí)持續(xù)不間斷，且不能出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無人把守。

4 結(jié)論

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，在未來的建筑業(yè)發(fā)展過程中的高大建筑日益增多的情況下，大體積混凝土結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)構(gòu)件跨度和截面大型的趨勢(shì)。因此，該課題具有較廣的價(jià)值，具有良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，為了促進(jìn)高強(qiáng)度大體積混凝土材料特性研究的發(fā)展，還需要蒸蒸日上，更加勤奮的研究。

[1]韓素芳,耿維恕.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制指南[J].化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[2]曲德仁.混凝土質(zhì)量控制[M].中國(guó)工業(yè)出版社，2013.

[3]黃文明.高強(qiáng)度混凝土的施工工藝分析[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2005.

[4]過鎮(zhèn)海,時(shí)旭東.鋼筋混凝土原理和分析[M].清華大學(xué)出版社，2009.

[5]王朋.大體積混凝土施工溫度控制計(jì)算[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2008.

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