如何控制工程施工中大體積混凝土裂縫

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摘要：通過(guò)對(duì)工程施工中大體積混凝土施工裂縫問(wèn)題產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，提出了降低混凝土溫度應(yīng)力、防止混凝土產(chǎn)生裂縫的施工控制措施， 以及在構(gòu)造設(shè)計(jì)上對(duì)大體積混凝土應(yīng)采取的防裂措施，供大家參考。

　　關(guān)鍵詞：大體積混凝土 水化熱 裂縫

　 前言
　　隨著施工技術(shù)的突飛猛進(jìn)，大體積混凝土在結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的越來(lái)越多。我國(guó)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物中實(shí)體最小尺寸不小于1 m的部位所用的混凝土即為大體積混凝土；美國(guó)則規(guī)定為：任何現(xiàn)澆混凝土，只要有可能產(chǎn)生溫度影響的混凝土均稱(chēng)為大體積混凝土。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)機(jī)械荷載引起的開(kāi)裂問(wèn)題研究得較為透徹。而對(duì)溫度荷載引起的有關(guān)裂縫的研究尚不充分。我們應(yīng)對(duì)此加以重視，防止危害結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生。另外對(duì)于大體積混凝土內(nèi)溫度應(yīng)力與裂縫控制也多集中在水利工程中的大壩、高層建筑的深基礎(chǔ)底板。而對(duì)于一般施工過(guò)程中大體積混凝土的裂縫的研究并未得到足夠的重視。
　　1. 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因
　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的，各類(lèi)裂縫產(chǎn)生的主要影響因素如下：
　　2.1 水泥水化熱的影響
　　水泥水化過(guò)程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350kg/m3 ～550kg/m3來(lái)計(jì)算，每立方米混凝土將釋放出17500KJ～27500的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高（可達(dá)70℃左右，甚至更高）尤其對(duì)大體積混凝土來(lái)講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重 因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，故混凝土中心溫度很高，就會(huì)形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。
　　2.2 混凝土的收縮
　　混凝土在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱(chēng)為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(shí)（支撐條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開(kāi)裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過(guò)程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。
　　2.3 外界氣溫濕度變化的影響
　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對(duì)防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響?；炷羶?nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會(huì)愈高；如果外界溫度降低則又會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)外溫差梯度。如果外界溫度的下降過(guò)快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開(kāi)裂。另外外界的濕度對(duì)混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮，也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。
　　2.4 其他因素的影響
　　建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降也會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫會(huì)隨著基礎(chǔ)沉降而不斷的增大，待地基下沉穩(wěn)定后，將不會(huì)變化。超荷載使用或未達(dá)到設(shè)計(jì)過(guò)早加荷載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，這種裂縫稱(chēng)之為荷載裂縫?；炷僚浜媳炔涣紩?huì)造成混凝土塑性沉降裂縫，一般是混凝土配合比中，粗骨料級(jí)配不連續(xù)、數(shù)量不夠，砂率及水灰比不當(dāng)所造成的裂縫。
　　3. 大體積混凝土施工質(zhì)量控制措施
　　3.1 大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)
　　3.1.1 原材料選用 由于水泥的用量直接影響著水化熱的多少，大體積混凝土應(yīng)選用水化熱較低的水泥，如低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥等，并盡可能減少水泥用量。細(xì)骨料宜采用2區(qū)中砂，因?yàn)槭褂弥猩氨扔眉?xì)砂可減少水及水泥的用量。在可泵送情況下粗骨料，選用粒徑5—20 mm連續(xù)級(jí)配石子，以減少混凝土收縮變形。使用摻合料，應(yīng)用添加粉煤灰技術(shù)。在混凝土中摻用的粉煤灰不僅能夠節(jié)約水泥，降低水化熱，增加混凝土和易性，而且能夠大幅度提高混凝土后期強(qiáng)度，推移溫升峰值出現(xiàn)時(shí)間。
　　3.1.2 外加劑的使用。采用減水劑，如緩凝高效減水劑；采用膨脹劑，如廣泛使用u型膨脹劑無(wú)水硫鋁酸鈣或硫酸鋁。試驗(yàn)表明，在混凝土添加了膨脹劑之后混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力，可以抵消一部分混凝土的收縮應(yīng)力，這樣，相應(yīng)地提高混凝土抗裂強(qiáng)度。
　　3.2 溫控措施及施工現(xiàn)場(chǎng)控制
　　1） 溫度預(yù)測(cè)分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養(yǎng)護(hù)方案，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)混凝土施工期溫度場(chǎng)和溫差進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，提供結(jié)構(gòu)沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況，制定混凝土在施工期內(nèi)不產(chǎn)生溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)優(yōu)化選擇。
　　2） 混凝土澆筑方案。采用延緩溫差梯度和降溫梯度的措施，在澆筑前經(jīng)詳細(xì)計(jì)算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長(zhǎng)度、前后澆筑的搭接時(shí)間；控制混凝土溫度并加強(qiáng)振搗，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，移動(dòng)距離和插入深度，保證振搗密實(shí)，嚴(yán)防漏振和過(guò)振，確?；炷辆鶆蛎軐?shí)；做好現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào) 組織管理，要有充足的人力、物力、保證施工按計(jì)劃順利進(jìn)行，保證混凝土供應(yīng)，確保不留冷縫；澆筑后對(duì)大體積混凝土表面較厚的水泥漿進(jìn)行必要的處理，一般澆筑后3～4h內(nèi)初步用木長(zhǎng)刮尺刮平，初凝前用鐵滾筒碾壓2遍，再用木抹子搓平壓實(shí)，以控制表面龜裂；混凝土澆灌完后，立即采取有效的保溫措施并按規(guī)定覆蓋養(yǎng)護(hù)。
3） 混凝土溫度監(jiān)測(cè)。在混凝土內(nèi)部外部設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，設(shè)置保溫材料溫度測(cè)點(diǎn)及養(yǎng)護(hù)水溫度測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集并進(jìn)行整理分析。每一測(cè)點(diǎn)的溫度值、各測(cè)位中心測(cè)點(diǎn)與表層測(cè)點(diǎn)的溫差值，作為研究調(diào)整控溫措施的依據(jù)，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。
　　4） 為反映溫控效果可在少數(shù)混凝土層中埋設(shè)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度應(yīng)力檢測(cè)，應(yīng)變計(jì)沿水平方向布置檢測(cè)水平方向應(yīng)力分量。
　　5） 通水冷卻。采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中埋冷卻水管，冷卻水管使用前進(jìn)行試水，防止管道漏水和阻塞，根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)，控制冷卻水管進(jìn)水流量及溫度。
　　3.3 構(gòu)造設(shè)計(jì)上對(duì)大體積混凝土采取防裂措施
　　1） 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式，可以減少工程數(shù)量，減低水化熱。如可根據(jù)懸索橋錨碇受力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)挖空非關(guān)鍵受力部分混凝土體積，利用土方壓重方案，來(lái)減少混凝土結(jié)構(gòu)體積。