大体积混凝土裂缝控制研究

2015-06-29王东东

四川水泥 2015年8期

关键词：水化骨料分层

王东东

（三门峡职业技术学院，472000）

大体积混凝土裂缝控制研究

王东东

（三门峡职业技术学院，472000）

随着混凝土的广泛应用和建筑规模的扩大化，混凝土凝结固化时产生的水化热是大体积混凝土产生裂缝的主要原因之一，所以大体积混凝土裂缝控制是现浇工程中重要内容之一，主要包括：温度裂缝的成因分析、裂缝控制措施。本文将对大体积混凝土裂缝产生的原因及防治措施进行研究，希望能为施工提供帮助。

大体积混凝土；水化热；裂缝控制

0 概述

我国《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。

现代建筑由于地价及建筑规模的扩大化，大量建筑涉及到大体积混凝土施工，如高层建筑基础、大型设备基础、水利大坝等。它们主要的特点就是体积大，一般实体最小尺寸大于或等于1m，但是，其表面系数比较小，水泥水化热释集中混凝土内容，造成内部升温比较快。根据相关实验数据，水泥的水化热大致在200-400kj/kg，由于混凝土属于绝热材料，故水化热可导致混凝土温度上升30-40℃，在加上自身原有的温度，混凝土中最高温度可达60-70℃，造成混凝土内部拉应力增加，当其超过混凝土抗拉强度时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。

1 大体积混凝土产生裂缝的原因

1.1 水泥在凝结硬化属于放热的化学反应。大体积混凝土构件一般断面较大，水化产生的热量集聚在结构物内不易散失。通过试验，水泥的水化热大致在200-400kj/kg，在建筑工程中易造成构件升温达20-30℃，有时更高。

由于混凝土属于绝热材料，其导热性较差，而浇筑初期的混凝土其强度和弹性模量都很低，对水化热造成的升温影响不大，相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长，强度和弹性模量的升高，对砼降温收缩的影响越来越大，以致混凝土内部产生很大的拉应力。当产生的拉应力超过混凝土的抗拉轻度时，便开始出现温度裂缝。

1.2 施工质量问题

在施工之前，没有做好好充分的准备工作，包括：对材料（砂、石）的含泥量控制不合格、场地的洒水处理、施工场地的清理没有做到位，在施工过程中，没有严格按照标准进行浇筑，振捣的不密实，在施工结束后，没有注意养护工作，都会造成裂缝的产生

1.3 外界温度的变化

在大体积混凝土施工阶段，外界温度对其影响是非常明显的。如外界的温度越高，混凝土的浇筑温度也越高；而外界气温下降，又增加混凝土的表面降温速度，造成混凝土外部和内部的温差增大，这都会造成裂缝的产生。所以，合理的温度控制，对防止混凝土产生过大的温差，从而防止出现温度裂缝是非常重要的。

1.4 混凝土的收缩变形

混凝土中除23%的水分是水化必须外，其余77%的水分都要蒸发。多余水分的散失会导致混凝土体积出现干缩，可造成混凝土的开裂，并随时间的增长而发展。混凝土的收缩机理比较复杂，其最主要原因，可能是内部孔隙水变化时引起的毛细管引力[1]。收缩是可逆现象，即如果混凝土干缩后，再吸水饱和，还可能恢复到原有的体积。但这种干湿循环引起的混凝土体积的循环变化对混凝土是不利的。

2 大体积混凝土裂缝控制措施

根据上述分析，大体积混凝土产生裂缝的主要原因是温度、施工环境和施工组织不良所造成的，所以针对大体积混凝土的裂缝控制主要从温度的控制、良好的施工组织来进行。

2.1 温度控制

2.1.1 材料的合理选择

为降低混凝土内部的水化热，宜优先选用水化热低的水泥。在水泥的选择上，应该选择中、低热的硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山或硅酸盐水泥等，这样的水泥在水化热反映中所释放的热量相对较低[2]。并想方设法的降低水泥的用量，同时，应选择添加减水剂，从而减少水的用量，减少水分蒸发引起的干缩。

砂石的含泥量对混凝土的干缩和抗拉轻度都有直接的影响，含泥量过大会降低混凝土的抗拉强度，会引起构件的严重开裂，故应严格控制砂石的含泥量，一般工程中，砂的含泥量应不大于2%，石的含泥量不大于1%。

2.1.2 调整混凝土骨料级配和粒径

尽可能增大骨料的最大粒径，因为，粒径越大，骨料的孔隙度和表面积就越小，混凝土所用的水泥量就越小。同时，石块本身有吸收热量的能力，可使产生的水化热进一步减少。但须注意的是如果粗骨料的粒径过大，会对混凝土浇筑工艺产生影响，所以，规范规定：粗骨料的最大粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，也不得大于钢筋最小净距的 3/4.假如采用泵送混凝土施工，其骨料最大粒径不得超过泵管管径的1/3.同时，混凝土的级配应选择连续级配，连续级配的骨料可增加混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗拉强度，减少收缩。

2.1.3 掺加料、外加剂的合理选择

除上述所说的减少剂外，在施工过程中，还可以往混凝土拌合料中添加粉煤灰、膨胀剂。

粉煤灰水化热远小于水泥，7天约为水泥的1/3，28天约为水泥的1/2[3]。且大体积混凝土对强度通常要求较低，可用粉煤灰代替一部分水泥用量，这可减少水泥用量，从而达到减少水化热，同时，还可减少混凝土的体积干缩，有利于防止开裂。粉煤灰对碱集料反应有抑制作用从而防止因此而发生的开裂；膨胀剂可是混凝土在硬化时产生微膨胀，可来补偿混凝土的收缩，可延迟混凝土收缩过程，使混凝土有充分的时间来增强其抗压和抗拉强度，来抵抗收缩应力的作用，同时，膨胀节可提高抗渗性和改善泌水性。

2.1.4 降低混凝土入模温度

1）可在骨料堆放区和混凝土运输车上设置遮阳棚，以降低太阳辐射所造成的温度升高。

2）在拌制混凝土时可采用冰水搅拌；在砂、石骨料仓四周铺设水管，用水管喷水雾降低砂、石骨料温度。

3）在地斗上料口输送带面加装水管喷水雾降温。

4）使用大型水泥库储存水泥，避免水泥即进即用，防止水泥温度过高。

5）在水泥罐泵管表面设冷却水管，尽量降低水泥温度。

6）水泥及掺合料输送泵管、缸体外表面保持淋水降温；对水泥及掺合料尽量贮存时间长点再使用，以便更有效地降低水泥及掺合料温度。

2.2 良好的施工组织

2.2.1 配合比的设计

混凝土配合比设计时，在保证混凝土具有良好性的情况下，尽可能的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)二掺(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[4]。减少水泥用量即可减少产生的水化热，又可降低工程造价。设计混凝土配合比时，应注意下面几点：

1)选择合理的水泥品牌和标号

2)为改善和易性，应考虑掺入掺加料和外加剂

3)选择连续级配的粗细骨料且选用粒径较大的骨料用量。

2.2.2 混凝土的浇筑与振捣

1）为有效降低大体积混凝土的内外温差，在大体积混凝土施工中经常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分段调仓浇筑法和分层浇筑法两种[5]。分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法和斜面分层法，见图1。

图1 混凝土浇筑方法

a.全面分层。在整个基础内全面分层浇筑混凝土，要求第一层全面浇筑完毕浇筑第二层时，第一层浇筑的混凝土还未初凝，如此逐层进行，直至浇筑好。这种方案适用于结构的平面尺寸不太大，施工时从短边开始，沿长边进行较适宜。

b.分段分层。适宜于厚度不太大而面积或长度较大的结构。混凝土从底层开始浇筑，进行一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑以上各分层。

c.斜面分层。适用于结构的长度超过厚度的3倍，振捣工作应从浇筑层的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土施工质量。

2）对浇筑的混凝土采用二次振捣的形式，可提高混凝土与钢筋的粘结应力，防止混凝土因沉落而出现的裂缝，减少内部裂缝，争强混凝土的密实性，进而提高抗裂性。而二次振捣的时间是指混凝土振捣后还能恢复到塑性状态的时间，所以，在确定振捣时间时，应考虑技术上的合理，同时也要满足施工的操作时间，避免出现“冷接头”的质量问题。

2.2.3 设置后浇带

目前，世界上大多数国家均采用设置后浇带的方法控制裂缝。新浇混凝土在硬化过程中会收缩。混凝土的大部分硬化收缩将在施工后的前1～2个月完成，而温度变化对构件的作用则是长期的。当其收缩受到约束时，在结构内部就会产生温度应力，应力超过混凝土抗拉强度时，构件就会产生裂缝。在施工中后浇带设置的位置，是在过长的建筑物中，每隔30～40m设宽度为700～1000mm的缝，缝内钢筋采用直通加弯或搭接做法，钢筋可断开，也可不断，前者施工麻烦。留出后浇带后，施工过程中混凝土可以自由收缩，从而大大减少了收缩应力。混凝土的抗拉强度可以大部分用来抵抗温度应力，提高结构抵抗温度变化的能力。后浇带留置时间一般不少于一个月，在此期间，收缩变形可完成 30%～40%。后浇带的浇筑时间宜选择气温较低（但应为0℃以上）时，后浇带混凝土采用比缝两侧混凝土设计强度等级提高一级的微膨胀混凝土浇灌并振捣密实，且加强养护，其养护时间不得少于28天，防止新老混凝土之间出现裂缝，形成薄弱部位。

2.2.4 加强混凝土的保湿保温养护

早期保湿养护不足对混凝土的强度发展和耐久性都是不利的。所以，在混凝土浇筑完毕后，必须在12小时之内对其进行保湿养护，不断在其表面进行补水，保证水分的充足。补水的方式有很多，如淋水、铺设湿麻袋、湿砂层或草帘子，最好采用塑料薄膜养护，这样既可渗入，有能起到保湿作用。当然，保湿养护的时间越长越好，但考虑到施工的影响，一般不应少于15天，重要构件不得少于一个月。

保温养护是指在浇筑的混凝土表面或四周模板外覆盖保温材料（如湿砂、草袋、锯末、塑料薄膜、棉被等）进行养护，以减缓混凝土表面降温速度。在大体积混凝土施工中，采用保温养护应注意材料的覆盖时间，在温度较高夏季，对刚浇筑好的混凝土不能立即包裹保温材料，其原因是覆盖后降低不利于混凝土内部的最高温度，增加了后期开裂的可能。若温度较低使，对刚浇筑的混凝土应立即进行覆盖养护，保温养护适宜的施工温度在10～30℃，这样可取的最好的经济效益。在保湿保温养护时，养护工作应符合下列规定：

1）保温养护措施应使混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度满足温控指标的要求；

2）保温养护的持续时间应根据温度应力(包括混凝土收缩产生的应力)加以控制，但不得少于15天，保温层的拆除应分层逐步进行；

3）在保温养护过程中，应在混凝土表面先覆盖一层薄膜，保证水分不散失，并在薄膜下洒水保持混凝土表面的湿度。