对大体积混凝土的裂缝控制及施工技术探讨

2010-08-15杨在欢

科学之友 2010年4期

杨在欢

（广东三穗建筑工程有限公司，广东吴川 524500）

1 大体积混凝土的定义

近年来，随着我国国民经济的快速发展，大规模大体量的建筑不断涌现，大体积钢筋混凝土工程也越来越多地被采用。如何把握大体积混凝土施工技术要素越来越被人们所重视。

在确定什么情况属大体积混凝土，各国的标准不一。美国混凝土学会将大体积混凝土定义为：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。日本建筑学会标准（JASS5）的定义为：“结构断面最小尺寸在800 mm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差超过 25 %的混凝土，称为大体积混凝土。”我国对大体积混凝土定义为：混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于l m，或预计会因水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。从我国对大体积混凝土的定义来看，对混凝土的裂缝控制技术措施要求是比较严格的。

2 目前大体积混凝土施工易遇到的裂缝问题

2.1 温差裂缝

混凝土内外部温差过大会产生裂缝，主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大，特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小。所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。此时，混凝龄期短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土表面产生裂缝。另外，大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化，特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，同样会产生因温差而产生的应力裂缝。

2.2 收缩裂缝

收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量，用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同，干缩、收缩的量也不同。收缩混凝土中约20 %的水分是水泥硬化所必须的，而约80 %的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的自然收缩。因此，混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。这种混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力。如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。在大体积混凝土里，即使水灰比并不低，自身收缩量值也不大，但是它与温度收缩叠加到一起，就要使应力增大，所以在水工大坝施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。

2.3 安定性裂缝

安定性裂缝表现为龟裂，主要是因水泥安定性不合格而引起的。

3 基于裂缝控制的大体积混凝土施工技术要点

对于大体积混凝土施工，国家制定有相应的技术规范。在贯彻执行技术规范的同时，要着重把握好以下几个技术环节：

3.1 设计措施

（1）精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性能的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）—掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。

（2）增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3 %～0.5 %之间。

（3）避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施，在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，以提高混凝土的极限拉伸。

（4）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，保留时间一般不小于60 d。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

3.2 合理选用建筑材料

3.2.1 选用合理的水泥品种标号

水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥。优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。但是，水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大，在浇筑层表面有大量水析出。这种泌水现象，不仅影响施工速度，同时影响施工质量。在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种，并应在混凝土中掺人减水剂，以降低用水量。

3.2.2 砂石料的级配要合理

一般情况下，石料要采用连续级配，砂料采用中砂，并严控砂石料的空隙率、含泥量、吸水率及压碎指标。应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。采用线胀系数小的骨料对降低混凝土的线胀系数，降低温度形变的作用十分显著。砂、石含泥量控制在1 %以内，并不得混有有机质等杂物，杜绝使用海砂。

3.3 施工环节控制

3.3.1 浇注前

在拌和过程中，可通过加冰拌和冷却骨料，达到降低混凝土温度的目的。实践证明，加冰拌和可降低3 ℃～4 ℃；冷却骨料可降低 10 ℃以上。在运输方法方面，大体积混凝土不宜采用泵送，泵送限制了骨料的最大粒径，且要求流动度大，因而增大水泥浆用量，水化温升高，不利于防裂。大体积混凝土应宜用吊罐吊运或其他运输方法。

3.3.2 浇注中

规范中有3种浇注方法：①全面分层浇筑，即在第一层全面浇筑全部浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止；②分段分层浇筑，即混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层；③斜面分层浇筑，即要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，振动器也相应跟上。不管采用哪种方法，振捣时间应均匀一致，以表面泛浆为宜，间距要均匀，以振捣力度波及范围重叠1/2为宜。浇注完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。此外，应尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇注尽量安排在夜间进行。

3.3.3 养护与温控

由于大体积混凝土的体积外形都比较大，因而散热不均导致产生裂缝的可能性相对较大，为此养护与温控就显得十分重要。当混凝土浇注块较厚时，可在浇注层内预埋足够数量的水管作为冷却管，浇注结束后，通过低温循环水进行冷却，降低结构内温度，减少内外温差，达到防裂目的。