大體積混凝土防裂技術(shù)的研究

張涵奕

中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西西安 710065

大體積混凝土構(gòu)件裂縫仍然不可避免，且受到多方面因素影響，混凝土應(yīng)力、溫差等關(guān)系較為復(fù)雜，因此很難對(duì)混凝土裂縫的發(fā)生做出預(yù)判[1]。但隨著施工工藝、設(shè)計(jì)、材料的不斷更新，現(xiàn)已初步掌握混凝土構(gòu)件裂縫的發(fā)生原因，并采取合理、有效的措施予以解決，從而使混凝土裂縫問(wèn)題逐漸好轉(zhuǎn)。

1 大體積混凝土施工裂縫成因分析

1.1 沉降裂縫

建筑物沉降將會(huì)產(chǎn)生一定應(yīng)力，若沉降不均勻則會(huì)導(dǎo)致混凝土構(gòu)件產(chǎn)生剪應(yīng)力和拉應(yīng)力，從而促使沉降裂縫產(chǎn)生，使其彎曲、變形。通過(guò)總結(jié)大量施工經(jīng)驗(yàn)可知，導(dǎo)致這一問(wèn)題的主要因素有以下幾個(gè)方面。一是建筑物地基邊坡收到破壞，位于陡坡邊緣，且與地面高度差較大，因此容易出現(xiàn)貫穿性裂縫和深層裂縫，對(duì)建筑體具有較為嚴(yán)重的危害。二是基地為雜填土、淤泥，荷載量較大，強(qiáng)度低，容易產(chǎn)生沉降裂痕。三是地基土質(zhì)程度不一，分布不均勻，地基下有暗溝、軟土層。

1.2 材料引起的裂縫

粗細(xì)骨料、水泥質(zhì)量不好使導(dǎo)致混凝土裂縫的主要原因，在混凝土構(gòu)件施工過(guò)程中，一些活性骨料可能與堿骨料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而對(duì)混凝土構(gòu)件質(zhì)量造成負(fù)面影響，例如混凝土疏松或膨脹等，從而給后續(xù)施工遺留隱患，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件承載能力降低、剛度和空氣穩(wěn)定性較差。同時(shí)揚(yáng)壓力、自重、水泥壓力也是導(dǎo)致混凝土裂縫的重要原因。

1.3 混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大

大體積混凝土具有結(jié)構(gòu)斷面厚、表面系數(shù)較小等特點(diǎn)，因此在澆筑過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不容易散發(fā)，若環(huán)境溫度過(guò)低或未采取相應(yīng)的保溫措施，將會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，從而產(chǎn)生裂縫。主要原因有以下幾方面：一是混凝土構(gòu)件澆筑后養(yǎng)護(hù)、保溫措施不恰當(dāng)；二是混凝土構(gòu)件分段、分層過(guò)于厚重；三是環(huán)境溫度過(guò)低，水泥水化熱過(guò)大。

1.4 塑性收縮裂縫

混凝土處于塑性狀態(tài)，即未凝結(jié)、硬化前，由于水分蒸發(fā)等因素影響，容易出現(xiàn)塑性收縮裂縫，這種裂縫深度不大，大多出現(xiàn)在混凝土構(gòu)件表面，在大風(fēng)天或干熱狀態(tài)下發(fā)生幾率較大，裂縫長(zhǎng)度約為20cm，寬度約為1-5mm，具有兩端長(zhǎng)短不一、形狀互不連貫等特點(diǎn)。因此混凝土構(gòu)件容易出現(xiàn)塑性沉降收縮、早期自收縮，最終導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

2 大體積混凝土防裂技術(shù)

大體積混凝土裂縫控制與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、施工工藝等多個(gè)環(huán)節(jié)相關(guān)，其中選擇抗裂性較好的混凝土是控制裂縫的重要途徑。本技術(shù)主要是從混凝土材料角度出發(fā)，通過(guò)原材料選擇、配比設(shè)計(jì)、試驗(yàn)比選等選擇抗裂性較好的混凝土，并提及施工中需采取的一些技術(shù)措施等[2]。

2.1 設(shè)計(jì)階段要提前做好預(yù)防工作

在設(shè)計(jì)階段，施工單位就應(yīng)多加關(guān)注大體積混凝土在施工過(guò)程中易出現(xiàn)裂縫的環(huán)節(jié)及相關(guān)位置，比如建筑物深基礎(chǔ)和淺基礎(chǔ)相交的位置就比較容易發(fā)生此類問(wèn)題。另外，在開展大體積混凝土鋼筋部分的構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，出于大幅減少大體積混凝土裂縫的考慮，施工單位既應(yīng)保證維持大體積混凝土的配筋率，又應(yīng)最大程度上縮短鋼筋間距，降低直徑。

2.2 材料選擇要科學(xué)配比，注重質(zhì)量

（1）水泥。若欲減少由于大體積混凝土溫度不同而造成的裂縫，就應(yīng)選取水化熱不高的水泥，比如礦渣及粉煤灰水泥等。微膨脹性水泥可以減弱大體積混凝土由于本身溫差而引發(fā)的預(yù)應(yīng)力。原因是微膨脹性水泥存在一些膨脹性能，在水泥出現(xiàn)水化反應(yīng)時(shí)，水泥的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)強(qiáng)度的預(yù)壓應(yīng)力，可以很好地將大體積混凝土里的溫度預(yù)應(yīng)力抵消掉，進(jìn)而大體積混凝土就增強(qiáng)了其抗裂能力。水泥的進(jìn)場(chǎng)溫度不宜高于60℃；不使用溫度大于60℃的水泥拌制混凝土。

（2）添加外加劑。添加緩凝型高效減水劑及抗裂纖維膨脹劑，可以改進(jìn)大體積混凝土的開裂狀況。添加此類外加劑對(duì)預(yù)防大體積混凝土裂縫具有如下作用：其一，緩凝型高效減水劑可有效推遲大體積混凝土最大熱量的釋放時(shí)間，當(dāng)大體積混凝土強(qiáng)度增強(qiáng)之后，其內(nèi)部再釋放最大熱量，這時(shí)產(chǎn)生裂縫的概率就不高了；其二，緩凝劑可以成功減少水灰比及水化熱，進(jìn)而提升混凝土的強(qiáng)度，以更深層次地預(yù)防混凝土裂縫，成功改進(jìn)混凝土的和易性。大體積混凝土在硬化時(shí)，通過(guò)本身的化學(xué)反應(yīng)或者同其他水泥成分間的化學(xué)反應(yīng)，抗裂纖維膨脹劑可以成功改善混凝土的收縮問(wèn)題，通過(guò)膨脹結(jié)晶體對(duì)混凝土間隙加以填充，可以將大體積混凝土孔結(jié)構(gòu)加以變化，提升大體積混凝土的抗?jié)B能力與力學(xué)性能。采用聚羧酸系高性能減水劑，并根據(jù)不同季節(jié)、不同施工工藝分別選用標(biāo)準(zhǔn)型、緩凝型或防凍型產(chǎn)品。高性能減水劑引入混凝土中的堿含量（以Na2O+0.658K2O 計(jì)）應(yīng)小于0.3kg/m3；引入混凝土中的氯離子含量應(yīng)小于0.02kg/m3；引入混凝土中的硫酸鹽含量（以Na2SO4計(jì)）應(yīng)小于0.2kg/m3。

（3）摻入摻合料。在水泥里摻入摻合料，通常有兩個(gè)目的：其一，摻合料里存在許多硅氧化物和活性鋁，它們可以同水化產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)，進(jìn)而成功減輕由于水化熱而導(dǎo)致的膨脹，增加大體積混凝土強(qiáng)度。其二，摻合料有著細(xì)小的顆粒，將其摻入混凝土里，可以成功改進(jìn)混凝土里的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，讓孔隙率大幅下降，使得其里面的孔結(jié)構(gòu)得到科學(xué)、細(xì)密的分布，從而大幅提升混凝土的抗?jié)B性和耐久性。粉煤灰的級(jí)別不應(yīng)低于Ⅱ級(jí)，且粉煤灰的需水量比不大于100%，燒失量小于5%。礦渣粉的比表面積應(yīng)小于450m2/kg，流動(dòng)性比應(yīng)大于95%，28d 活性指數(shù)不宜小于95%。

2.3 配合比要求

在選取骨料時(shí)，要選擇較大粒徑、較好級(jí)配的石子，這種石子一方面可以成功降低使用的水泥量，弱化水化熱的不良作用，另一方面亦可成功預(yù)防混凝土裂縫，所以在選擇時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格把控，保證骨料的品質(zhì)。另外，嚴(yán)格把控骨料的泥含量，禁止應(yīng)用海砂，選擇清潔的水源，這些措施均可成功防范大體積混凝土的裂縫問(wèn)題。主要措施為：

（1）混凝土配合比應(yīng)根據(jù)原材料品質(zhì)、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、混凝土耐久性以及施工工藝對(duì)工作性的要求，通過(guò)計(jì)算、試配、調(diào)整等步驟選定。

（2）混凝土最小膠凝材料用量不低于300kg/m3，其中最低水泥用量不低于220kg/m3配制防水混凝土?xí)r最低水泥用量不宜低于260kg/m3?；炷磷畲笏z比不應(yīng)大于0.45。

（3）單獨(dú)采用粉煤灰作為摻合料時(shí)，混凝土中粉煤灰摻量占膠凝材料總量根據(jù)試驗(yàn)確定。

（4）采用礦渣粉作為摻合料時(shí)，采用礦渣粉和粉煤灰復(fù)合技術(shù)。摻合料總量占膠凝材料總量根據(jù)試驗(yàn)確定。

2.4 施工要求

在鋼筋施工期間，第一，施工單位應(yīng)設(shè)計(jì)構(gòu)造筋，將配筋的直徑與間距管控于科學(xué)的區(qū)間之內(nèi)；第二，應(yīng)保證混凝土的總配筋量，結(jié)合施工的實(shí)際狀況，不宜過(guò)少；第三，對(duì)于混凝土邊沿那些易出現(xiàn)裂縫的位置應(yīng)實(shí)施一些鞏固性措施，比方將暗梁增多，加大配筋率，杜絕由于應(yīng)力過(guò)于集中而引發(fā)結(jié)構(gòu)上的突然變化。采取措施如下：

（1）大體積混凝土施工前，宜對(duì)施工階段混凝土澆筑體的溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，確定施工階段混凝土澆筑體的溫升峰值，里表溫差及降溫速率的控制指標(biāo)，制定相應(yīng)的溫控的技術(shù)措施。

（2）超大體積混凝土施工，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求留置變形縫，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)定時(shí)，采用下列方法：后澆帶施工：后澆帶的設(shè)置和施工應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家有關(guān)規(guī)范的規(guī)定；跳倉(cāng)法施工：底板分段長(zhǎng)度不宜大于40m，側(cè)墻和頂板分段長(zhǎng)度不宜大于16m。跳倉(cāng)間隔施工的時(shí)間不宜小于7d，跳倉(cāng)接縫處按施工縫的要求設(shè)置和處理。

（3）在高溫季節(jié)澆筑混凝土?xí)r，混凝土入模溫度小于30℃，避免模板和新澆筑的混凝土直接受陽(yáng)光照射?；炷寥肽Ｇ澳０搴弯摻畹臏囟纫约案浇木植繗鉁鼐怀^(guò)40℃。混凝土成型后應(yīng)及時(shí)覆蓋，并盡可能避開炎熱的白天澆筑混凝土。

（4）在相對(duì)濕度較小、風(fēng)速較大的環(huán)境下澆筑混凝土?xí)r，采取適當(dāng)擋風(fēng)措施，防止混凝土失水過(guò)快，此時(shí)應(yīng)避免澆筑有較大暴露面積的構(gòu)建。雨期施工時(shí)，必須有防雨措施。

（5）混凝土養(yǎng)護(hù)期間注意采取保溫措施，防止混凝土表面溫度受環(huán)境因素影響（如暴曬、氣溫驟降等）而發(fā)生劇烈變化。養(yǎng)護(hù)期間混凝土澆筑體的里表溫度不宜超過(guò)25℃、混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜超過(guò)20℃。大體積混凝土施工前制定嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)方案，控制混凝土內(nèi)外溫差滿足設(shè)計(jì)要求。

（6）混凝土的拆模時(shí)間需考慮拆模時(shí)的混凝土強(qiáng)度外，還應(yīng)考慮到拆模時(shí)的混凝土溫度不能過(guò)高?；炷羶?nèi)部開始降溫以前,大風(fēng)或氣溫急劇變化時(shí)不宜拆模。在炎熱和大風(fēng)干燥季節(jié)，應(yīng)采取逐段拆模、邊拆邊蓋的拆模工藝。

3 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土是建筑工程施工的重要組成部分，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此要提高重視程度[3]。目前大體積混凝土施工技術(shù)已經(jīng)被普遍應(yīng)用，并且取得了良好成效，但是存在著一些問(wèn)題，對(duì)質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不利影響。為了改善面臨的情況，要抓住施工技術(shù)要點(diǎn)，不斷強(qiáng)化質(zhì)量意識(shí)，提高建筑工程質(zhì)量，確保達(dá)到建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。