淺談水泥工業(yè)大體積混凝土裂縫控制

劉明亮 谷春濤 陳賀義 張慧怡 嚴(yán)昭君 張 昊 馬 新

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

1 水泥工業(yè)中大體積混凝土的應(yīng)用

水泥廠施工生產(chǎn)線主要由破碎、輸送、磨機(jī)、配料樓、回轉(zhuǎn)窯、儲存庫、包裝等車間組成。其中磨機(jī)、窯墩等均要承擔(dān)較重的設(shè)備荷載，按照水泥廠設(shè)計規(guī)范，回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)、磨機(jī)基礎(chǔ)、破碎機(jī)基礎(chǔ)和大型風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，可不作抗震驗(yàn)算，按照振動設(shè)備基礎(chǔ)構(gòu)造要求，需要增加自重來滿足配重的要求，滿足基礎(chǔ)剛度的要求，所以此類基礎(chǔ)體積很大，很厚。按照我國《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》GB 50496—2018規(guī)定:混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1 m的大體量混凝土，或預(yù)計會因混凝土中膠凝材料水化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，稱之為大體積混凝土。因此可以將水泥廠中的回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)、磨機(jī)基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)均按大體積混凝土進(jìn)行設(shè)計施工。

2 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 水泥水化熱引起的裂縫

水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，所以其釋放出的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易揮發(fā)。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無法及時散發(fā)出去，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大，混凝土開裂形成裂縫。

2.2 環(huán)境溫度變化引起的裂縫

在施工階段，大體積混凝土的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。當(dāng)氣溫驟降，會大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由于溫差引起混凝土變形造成的。溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。混凝土自身的抗拉能力不足時，產(chǎn)生開裂。此類裂縫多發(fā)生在混凝土表面。

2.3 混凝土收縮引起的裂縫

混凝土收縮可以概括地認(rèn)為在混凝土硬化過程中，由于各種原因引起的隨時間變化而發(fā)生的體積縮小，從力學(xué)上分析，可以稱之為在零應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的徐變。這對混凝土的安全很不利。

2.4 施工引起的裂縫

在大體積混凝土施工時，澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等工序的不規(guī)范引起的裂縫現(xiàn)象普遍存在。

3 大體積混凝土裂縫控制要點(diǎn)

根據(jù)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，我們必須采取相應(yīng)的措施，盡可能將裂縫控制在許可的范圍之內(nèi)。

3.1 設(shè)計方面

按照《動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計手冊》中第2.4.2章節(jié)“大塊式基礎(chǔ)通常在頂面與底部配置鋼筋網(wǎng)，非大塊式基礎(chǔ)及體積大于40 m3的大塊式基礎(chǔ)，應(yīng)沿四周和頂面、底面配置鋼筋網(wǎng)。當(dāng)基礎(chǔ)底面最大邊長與基礎(chǔ)高度之比不超過5時，上下層鋼筋網(wǎng)的鋼筋直徑為12～18 mm，間距為200～300 mm。當(dāng)基礎(chǔ)底面最大邊長與基礎(chǔ)高度之比大于5時，則按照2-24公式進(jìn)行估算?！钡侥壳盀橹梗谶M(jìn)行水泥工業(yè)中的大體積混凝土設(shè)計時應(yīng)按此條進(jìn)行構(gòu)造配筋。實(shí)踐證明，按此條配筋是可以滿足使用要求的。

設(shè)計中還需要考慮布置合理的伸縮縫、后澆帶等措施來降低裂縫產(chǎn)生的不利影響。

3.2 材料方面

水泥用量是影響混凝土收縮率的重要因素，采用減少水泥用量的方法來降低混凝土的絕對溫升值，可以使混凝土澆筑后的內(nèi)外溫差和降溫速度控制的難度降低，也可降低保溫養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用，這是大體積混凝土配合比選擇的特殊性。水泥用量最好不超過380 kg/m。

采用5～40 mm顆粒級配的石子，控制含泥量小于1.5%。

采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%。

混凝土中應(yīng)摻入適量的摻和料。摻用的品種和摻量應(yīng)根據(jù)工程的技術(shù)要求、摻和料品質(zhì)和資源條件通過試驗(yàn)論證確定。外加劑主要指減水劑、緩凝劑和膨脹劑。水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15%的水泥用量，也可使混凝土用水量減少25%。

3.3 施工方面

施工必須按照GB 50496—2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行施工。

3.3.1 大體積混凝土的澆筑方案

大體積混凝土澆筑時，澆筑方案可以選擇整體分層連續(xù)澆筑施工或推移式連續(xù)澆筑施工方式,保證結(jié)構(gòu)的整體性?；炷翝仓藦牡吞庨_始，沿長邊方向自一端向另一端進(jìn)行。當(dāng)混凝土供應(yīng)量有保證時,亦可多點(diǎn)同時澆筑?；炷恋臄備伜穸葢?yīng)根據(jù)所用振搗器的作用深度及混凝土的和易性確定。分層連續(xù)澆筑或推移式連續(xù)澆筑，其層間的間隔時間應(yīng)盡量縮短，必須在前層混凝土初凝之前，將次層混凝土澆筑完畢。

3.3.2 大體積混凝土的振搗

混凝土應(yīng)采取振搗棒振搗。在振動界限以前對混凝土進(jìn)行二次振搗,排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，減少內(nèi)部微裂，增加混凝土密實(shí)度，使混凝土抗壓強(qiáng)度提高，從而提高抗裂性。

3.3.3 大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土應(yīng)進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，在每次混凝土澆筑完畢后，除應(yīng)按普通混凝土進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)外，還應(yīng)及時按溫控技術(shù)措施的要求進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。在寒冷季節(jié)，混凝土表面應(yīng)實(shí)施保溫措施，以防止寒潮襲擊。

預(yù)設(shè)溫度收縮縫，并在大體積混凝土內(nèi)部預(yù)設(shè)循環(huán)冷卻管道，通冷水或者冷氣，及時將內(nèi)部熱量排出,以減小混凝土的內(nèi)外溫差。

在混凝土澆筑過程中應(yīng)進(jìn)行混凝土澆筑溫度的監(jiān)測，在養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)進(jìn)行混凝土澆筑塊體升降溫、內(nèi)外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度等監(jiān)測。這些監(jiān)測結(jié)果能及時反映現(xiàn)場大體積混凝土澆筑塊內(nèi)溫度變化的實(shí)際情況及所采用的施工技術(shù)措施的效果，為技術(shù)人員及時采取溫控對策提供科學(xué)依據(jù)。

4 大體積混凝土裂縫處理措施

大體積混凝土中裂縫的出現(xiàn)不但會影響結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，還會引起鋼筋的銹蝕，加速混凝土的碳化，降低混凝土的耐久性、抗疲勞、抗?jié)B能力。盡管我們采取了很多的預(yù)防措施,但是仍然會出現(xiàn)一些意想不到的裂縫。這種現(xiàn)象是普遍存在的,針對這些裂縫我們必須及時進(jìn)行修補(bǔ)處理,將裂縫的不良影響降到最低。

引起裂縫的原因很多，從安全方面可歸納以下兩種:①結(jié)構(gòu)性裂縫，由荷載引起的裂縫，原因是結(jié)構(gòu)承載力不足；②非結(jié)構(gòu)性裂縫，是由結(jié)構(gòu)內(nèi)部自身應(yīng)力變化形成的，如混凝土收縮、溫度變形、地基不均勻沉降等。

水泥工業(yè)中的磨機(jī)基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)等大體積混凝土構(gòu)件中，以非結(jié)構(gòu)性裂縫居多，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的耐久性和使用方面的要求，采取修補(bǔ)措施。主要的方法有表面處理法和壓力灌漿法。

1）表面處理法:適用于修補(bǔ)寬度較細(xì)、較淺的表面裂縫。方法是在裂縫表面涂刷水泥砂漿或改性環(huán)氧樹脂漿液、瀝青、油漆等封護(hù)材料。

2）壓力灌漿法:適用于處理較寬的穩(wěn)定裂縫。方法是用壓送設(shè)備將漿液灌入混凝土內(nèi)部，漿液凝結(jié)硬化后對構(gòu)件裂縫有粘合、封閉和補(bǔ)強(qiáng)作用，恢復(fù)構(gòu)件使用功能，提高耐久性。

5 結(jié)語

文章對水泥工業(yè)大體積混凝土構(gòu)件裂縫形成的原因、預(yù)防措施及裂縫的修復(fù)處理進(jìn)行了初步探討，認(rèn)為裂縫控制是一項多方位持續(xù)性的工作，要從設(shè)計、材料、施工、后期維護(hù)修復(fù)等環(huán)節(jié)采取一系列的技術(shù)措施，結(jié)合多種預(yù)防手段，做到多觀察，多檢測，多分析，保證水泥工業(yè)中大體積混凝土的裂縫是可控的，結(jié)構(gòu)是安全的。