大體積混凝土裂縫原因及溫控措施研究

蔣 光 森

(三明莆炎高速公路有限公司，福建 三明 365000)

隨著建筑土木工程的發(fā)展，很多施工建筑都涉及到了大體積混凝土施工，如高墩的承臺(tái)、水利大壩、高層建筑的基礎(chǔ)等等。凡事都有利弊之分，大體積混凝土的廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的暴露出的問(wèn)題也越來(lái)越多，溫度裂縫問(wèn)題極為突出。由于大體積混凝土水泥散熱慢，相應(yīng)容易產(chǎn)生溫度裂縫。

1 大體積混凝土裂縫原因

從機(jī)理上說(shuō)裂縫原因主要有以下兩種：

1)混凝土水化產(chǎn)生熱量導(dǎo)致內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變。

2)混凝土結(jié)構(gòu)物各個(gè)質(zhì)點(diǎn)受到約束而產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變。

具體的原因如下。

1.1 混凝土的收縮

混凝土結(jié)構(gòu)中具有大量的粗孔及毛細(xì)孔，而孔隙中含有大量的水分，水分的流失變化會(huì)導(dǎo)致孔隙發(fā)生變化導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種“濕變形”會(huì)引起混凝土的收縮而產(chǎn)生微觀的裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的開(kāi)裂或者破壞。尤其是當(dāng)新澆筑混凝土面受到外界約束后，極易產(chǎn)生裂縫。

1.2 外界氣溫變化

外界氣溫變化較大，混凝土表面由于受外界環(huán)境影響，溫度下降較大，而大體積混凝土屬于絕熱性材料，內(nèi)部溫度變化較慢，導(dǎo)致內(nèi)外溫度梯度較大，溫度應(yīng)力也較大。早期混凝土的強(qiáng)度和剛度較小，早期對(duì)變形的約束較小，而隨著齡期的增長(zhǎng)，彈性模量的增加，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的變形約束，當(dāng)由于溫度變化而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)膨脹產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉應(yīng)力時(shí)便會(huì)產(chǎn)生裂縫[1]。

1.3 配筋的影響

鋼筋對(duì)混凝土的收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫有約束的作用，其約束作用會(huì)限制或者減少裂縫的產(chǎn)生。配筋間距大或者配筋率低，發(fā)生的構(gòu)件裂縫大的幾率比較高。同樣的配筋率情況下，鋼筋直徑較小的混凝土結(jié)構(gòu)的約束能力比鋼筋直徑較大的較強(qiáng)，更不易產(chǎn)生裂縫。

1.4 混凝土種類及配合比

1)水泥標(biāo)號(hào)種類及用量：快硬水泥、低熱水泥等相對(duì)于普通硅酸鹽水泥的收縮性大，在另一方面，施工單位為了強(qiáng)行增加混凝土強(qiáng)度而增加水泥用量，也會(huì)導(dǎo)致混凝土的冷熱收縮應(yīng)力較大，增加形成裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。

2)外加劑種類：外加劑的保水性越低，相對(duì)而言用水量越大，混凝土的收縮性越大，越易產(chǎn)生裂縫。

3)骨料種類：骨料類別的吸水率越大，粒徑越小，含水率越大，越易產(chǎn)生裂縫。

4)配合比：配合比中用水量越大，越易產(chǎn)生裂縫。

1.5 現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)條件

在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，即溫度維持20 ℃±2 ℃，濕度為不小于95%，混凝土結(jié)構(gòu)的硬化過(guò)程正常，而不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。但現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際的養(yǎng)護(hù)條件很難達(dá)到這種情形，現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)條件與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件相差越大，其硬化過(guò)程受影響也越大，產(chǎn)生裂縫的幾率越大，因此必須要做好養(yǎng)護(hù)工作，使其盡可能接近標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，以減少對(duì)混凝土硬化過(guò)程的擾動(dòng)。

1.6 施工質(zhì)量

施工質(zhì)量的好壞是影響混凝土裂縫的另外的原因之一，在混凝土澆筑振搗過(guò)程中：

1)當(dāng)混凝土振搗過(guò)少、不均、漏振，會(huì)影響混凝土的整體性，造成局部混凝土的離散，增加產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。

2)當(dāng)混凝土振搗過(guò)少，內(nèi)部氣泡無(wú)法正常排出，氣泡粘聚在鋼筋表面會(huì)影響混凝土與鋼筋的粘結(jié)力，而增加產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面如果振搗過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致水泥漿過(guò)多的集中于鋼筋表面而大大降低粘結(jié)力。

2 大體積混凝土溫度控制措施

2.1 材料方面溫控措施

1)優(yōu)先選用低水化熱水泥種類，減少發(fā)熱量大的鋁酸三鈣的礦物含量，另外低水化熱水泥硬化之后收縮性較大，工后要及時(shí)泌水。

2)利用雙摻技術(shù)，改善混凝土的性能。合理?yè)郊臃勖夯?，粉煤灰中的活性分子材料與CaO作用產(chǎn)生新的水化材料，密實(shí)混凝土孔隙，增加混凝土的強(qiáng)度，減少裂縫產(chǎn)生的幾率。合理使用減水劑，在保持水灰比不變的情況下，減少水泥的用量，降低水化熱。

2.2 澆筑混凝土溫度控制措施

1)混凝土拌合和出倉(cāng)溫控措施。

混凝土的拌合溫度與各個(gè)材料有關(guān)，應(yīng)當(dāng)控制拌合混凝土各個(gè)材料的溫度，首先降低膠凝材料的溫度，其次對(duì)砂、石原材料要采用吸取地下水進(jìn)行霧化噴淋以降低材料溫度，在拌合水的選取方面盡量選用地下水或者加入冰塊以降低拌合水溫。

2)混凝土的入模溫度控制措施。

降低混凝土的入模溫度的主要措施是減少運(yùn)輸和泵送過(guò)程中混凝土吸收的熱量。

為了減少混凝土運(yùn)輸過(guò)程中吸收的熱量?；炷猎诠嗨瓦\(yùn)輸過(guò)程中,其攪拌筒應(yīng)時(shí)刻保持低速轉(zhuǎn)動(dòng),嚴(yán)禁隨意向攪拌筒內(nèi)加水,以保證混凝土不離析保證混凝土的質(zhì)量。

另一方面為了減少泵送過(guò)程中混凝土吸收的熱量，減少摩擦升溫。當(dāng)在外界氣溫過(guò)高時(shí),應(yīng)當(dāng)用濕草席遮蓋泵送管道,并隨時(shí)澆水冷卻泵送管,以降低混凝土的入模溫度[3]。

2.3 適當(dāng)選取混凝土澆筑時(shí)間

在選擇大體積混凝土澆筑時(shí)間上，應(yīng)盡量的選取溫度較低的時(shí)間進(jìn)行，比如夜間。當(dāng)光照較烈、氣溫較高，而不得已必須進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)應(yīng)當(dāng)采用一些控制性措施，比如提高澆筑的速度，減少陽(yáng)光直射時(shí)長(zhǎng)引起的溫度的升高。另外在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中要時(shí)刻噴灑水保持混凝土潤(rùn)濕度，減小混凝土運(yùn)輸過(guò)程中的溫度上升。

2.4 混凝土澆筑與振搗的溫控措施

1)澆筑方面：根據(jù)混凝土的初凝時(shí)間，以及澆筑速率，合理分配混凝土的澆筑分層厚度，層間間隔時(shí)間要低于初凝時(shí)間。

2)振搗方面：振搗棒的移動(dòng)步距不應(yīng)大于作業(yè)半徑的1.5倍。振搗時(shí)盡量減少對(duì)鋼筋和模板的擾動(dòng)，振搗時(shí)要快插慢拔，及時(shí)跟上澆筑的速度。

2.5 預(yù)埋冷凝管降溫措施

預(yù)埋冷卻管，冷卻管選用要選取導(dǎo)熱性良好的耐腐蝕性鋼導(dǎo)管，布設(shè)冷凝管時(shí)要保證冷凝管上下水平間距小于1 m，滿布覆蓋混凝土。冷卻管的通水時(shí)間要從冷卻管被混凝土覆蓋之后開(kāi)始，結(jié)束時(shí)間要視冷卻管通水出入溫差情況而定。

2.6 混凝土的養(yǎng)護(hù)溫控措施

澆筑完成之后，大體積混凝土上表面要及時(shí)進(jìn)行土工布(預(yù)先濕潤(rùn))覆蓋養(yǎng)護(hù)，采用漫流的方式，及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。側(cè)面采用塑料薄膜覆蓋，條件允許時(shí)采用塑料溶液，減少水分流失，保證混凝土的正常水化反應(yīng)進(jìn)行，降低裂縫產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土溫控工作的關(guān)鍵是要把握好每一個(gè)工序，從配合比的選取、原材料的選用、混凝土攪拌、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)各個(gè)過(guò)程進(jìn)行把控。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)混凝土的溫度和應(yīng)力的雙向控制以保證最終大體積混凝土的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn):

[1] 張明雷,李進(jìn)輝,劉可心.大體積混凝土現(xiàn)場(chǎng)溫控措施比較分析[J].施工技術(shù),2013,42(S1):168-171.

[2] 徐天良,劉 明,丁志文.大體積混凝土溫控研究與分析[J].公路工程,2013,38(5):151-156.

[3] 魏勝新,王 強(qiáng).超大體積承臺(tái)混凝土性能研究與溫控技術(shù)[J].混凝土,2014(1):127-131.

[4] 羅超云,李志生,周 立.嘉紹大橋承臺(tái)超大體積混凝土無(wú)冷卻水管溫控技術(shù)研究[J].公路,2012(7):101-106.