高温天气下混凝土裂缝控制措施分析

2016-03-12刘亚运

大科技 2016年15期

关键词：控制措施高温水泥

刘亚运

（中铁四局集团海外工程分公司安徽合肥 230022）

高温天气下混凝土裂缝控制措施分析

刘亚运

（中铁四局集团海外工程分公司安徽合肥 230022）

建筑工程项目规模逐渐扩大，很多建筑工程施工都是采用混凝土结构，以增强工程稳定性和可靠性，但是混凝土结构容易出现裂缝问题，尤其是在高温天气学下更为严重，这也是建筑工程在施工中的热点话题。本文通过一个混凝土工程案例，对裂缝问题做了详细的阐述，并提出在高温天气环境中采取的混凝土裂缝控制措施，为从事建筑工程人员提供参考。

混凝土裂缝；高温天气；控制措施

1 工程简介

援毛里塔尼亚努瓦克肖特城市排水工程雨水系统项目是国家商务部关注的EPC（Engineering Procurement Construction）项目。主要施工内容是在努瓦克肖特市5个行政区内（工程范围15.68km2）建设雨水收集暗渠、过路管、排水花管及配套沉砂井等附属设施、3座雨水分区泵站、1座排海泵站及配套的电气自控设备、雨水压力管线等，将雨水和积水排入大西洋。

本项目钢筋混凝土结构主要为雨水收集暗渠及四座分区泵站，其中暗渠尺寸主要为800mm×800mm及1000mm×800mm，壁厚为160mm。四座泵房以沉井作为基础，沉井井壁厚度为600mm，高度达到8050mm，变电所为筏板基础，筏板厚度为450mm。虽然本项目未涉及大体积混凝土施工，但是毛里塔尼亚气候干燥，温度较高，年平均温度为24℃左右，尤其是7～9月，最高温度达到45℃以上，导致混凝土表面水分蒸发快，易使混凝土产生裂缝，严重影响混凝土结构的承载力和安全性。而且毛里塔尼亚当地地下水位高并含有大量盐分，经试验检测，该地区水中Cl-含量是30224mg/L，土中Cl-含量是3140mg，这些腐蚀性元素会顺着裂缝进入混凝土内部，促进钢筋锈蚀的加快，严重影响钢筋混凝土结构的耐久性和使用寿命。高温环境下有效的控制混凝土裂缝，能够保证混凝土结构的承载力和安全性，显著提高混凝土结构的使用寿命。

2 高温天气下混凝土裂缝产生的原因分析

混凝土是将水泥、砂石骨料、外加材料以及水，按照一定的比例混合形成的一种脆性材料，具有非均质的特点。混凝土在制作的过程中，会因为自身的变形以及约束等问题，在硬化的过程中会产生很多的微小空隙或者穴缝，由于这些本身的缺陷更加体现混凝土的非均质特点。通过近几年的工程案例和实践证明，使用混凝土结构出现裂缝问题是非常正常的，也是不能避免的，但是可以在施工的过程中尽可能的采取适当措施对其进行控制，使裂缝少出现或者减轻裂缝的严重性，保证不会对工程质量造成影响。

此项核电站工程因为在高温的环境中使用混凝土，很容易出现混凝土裂缝问题，比如，干缩性裂缝、温度裂缝以及塑性收缩裂缝。

2.1 干缩裂缝

混凝土在浇筑完以后一周左右或者在养护的时间段，会因为水泥浆中的水分蒸发出现干缩现象，特别是在高温状态下，混凝土内外水分的蒸发会非常快从而导致不同程度的变形。外部水分蒸发过快，变形程度非常大，内部的湿度又非常小，表面的干缩变形会受到内部的约束，就会产生很大的拉应力，从而产生裂缝，如果湿度越低，水泥浆的干缩就越大，干缩裂缝就极容易出现，尤其是在高温低湿的环境中更为严重。

2.2 塑性收缩产生裂缝

在混凝土处于凝固状态之前，具有塑性特点，尤其是在高温或者大风天气，表面失水很快，造成毛细血管中产生很大的负压，从而使混凝土体积加剧收缩，而混凝土的强度太小无法抵抗自身的收缩力量，就会出现裂缝，呈现中间宽、两边细长、相互之间不连贯等状态。混凝土上层组成部分沉降能力受到很大限制，如果是含有很大的钢筋或者制造面积比较大的混凝土时，水平方向上的收缩难度很大，会出现没有规律性的深层裂缝现象。一般短些的裂缝长为20～30cm，长的裂缝会达到2～3m，宽度达到1～5mm。

2.3 温度应力裂缝

在混凝土进行浇筑以后，集中在内部的热量不容易被挥发出去，这时内部的温度会相当高，表面的温度下降快、温度低，外部和内部的温度差别很大，内部形成的压应力与外部形成的拉应力成为鲜明对比。如果外部的温度不同，拉应力表现的会更大，对应的抗拉程度比较低。这种内外温度的不同形成的压应力和拉应力大大高于混凝土的稳固程度，因此，就会出现混凝土裂缝问题。这种裂缝现象一般会出现在混凝土的中后期。

3 高温天气下混凝土裂缝的控制措施

对于工程上出现的混凝土裂缝问题，我国很多的建筑工程师以及专业技术人员提出了很多的控制办法，在有关文件《混凝土裂缝控制指南》中也提到，采取防、放、抗相结合的办法。针对此项变电站工程处在高温环境中出现的裂缝问题，制定合适的裂缝基本控制措施，比如，降低混凝土的温差减少收缩，在施工阶段做好合理的配筋构造，加强混凝土二次振捣以及重视养护过程，具体的控制措施如下：

3.1 温度控制

在对混凝土进行制作的过程中，由于制作现场处于高温环境，可以在混凝土搅拌站安装一台制冷设备，生产能力为制冷5℃、11m3/h、1.5mm片冰1.85t/h、冰库肉容量为75t，这样就可以确保在高温天气时混凝土的初始温度不会超过25℃。另外，要提前购买水泥，把水泥储存起来降低水泥温度，在运输过程中一定要注意隔热保温，这样可以控制混凝土的入模温度，控制混凝土的内外温度，减少内外温度差，可以有效控制由于温度变化产生的裂缝问题。

3.2 原材料以及混合比例的控制措施

为了使混凝土的强度满足施工要求，同时还要减少水泥用量，以降低水热化现象，需要对混凝土原材料进行合理配比，这也是制度混凝土过程中非常关键的一个环节。针对此项工程，制定了混凝土配合比例试验方案，需要严格按照方案进行操作试验，同时对原材料进行严格的筛选。

（1）水泥的选择。本次混凝土制作选用的是P.042.5（R）枫叶牌水泥，这种水泥在性能上尤其是水热化方面有很大的改善。

（2）外加剂的选择。本次混凝土制作选用的是SP420的外加剂，这种外加剂在技术指标上有很大的改进，不仅使减水率调高到20%以上，减少水泥使用量，对大体积混凝土在水热化方面进行控制，而且可以减少温度应力，最好是在混凝土凝固以后再延长5～6h，以延长混凝土的早期发热。这样的做法经过检测它的收缩率非常低，这对裂缝的产生进行有效的控制。

（3）石粉的使用。在对混凝土进行配比时，可以加入适量的石粉来代替一部分水泥，采用90d龄期强度，降低水热化，进一步控制收缩，以免内外温差过大出现温度裂缝。

3.3 分缝分段施工

工程项目需要的大体积混凝土或者贮水池等有特殊要求的混凝土，因为体积比较大，对裂缝的要求也比较高，需要进行分层分段施工，对水平以及垂直施工缝合理设置，也可以在适当的位置合理设置以后进行浇缝，同时要注意合理的安排浇筑顺序。通过对现场温度收缩应力进行计算，来确定分段的大小，确保分段混凝土浇筑强度保持稳定，以免出现“冷缝”。要注意混凝土温度的应力计算，它主要包括混凝土各个龄期的中心温度值、绝热温升值、各龄期的表面温度、各龄期的内外温度差、温度收缩应力等。一般情况下，只要不超过收缩应力计算的最大限值，就能对混凝土的裂缝问题起到很好的控制。

3.4 合理的构造配筋

为了对裂缝进行控制，此项工程在混凝土表面设置抗裂构造钢筋，使钢筋的强度来抵抗温度收缩应力，以达到减少混凝土收缩的目的，同时也提高了混凝土的抗拉强度。此项工程的混凝土的强度等级设计为90d龄期。

3.5 加强第二次振捣

对浇筑的混凝土进行第二次振捣（在第一次振捣以后还没有恢复到塑性状态，一般叫振动界限），可以有效排除混凝土原料中的骨料以及钢筋周围多余的水分和空隙，增加混凝土的紧实度，使抗压强度可以提高10～20%之间，提高混凝土的抗裂性。

3.6 加强混凝土养护

混凝土的养护对裂缝的产生也有很大影响，尤其是早期养护，目的是要保持适当的温度和湿度，使混凝土不会因为温度、湿度的影响产生变形，使水泥水化作用顺利进行。特别是在高温环境下更要加强保护，在浇筑以后可以用湿润的布帘等对其覆盖，隔段时间进行洒水，同时适当的延长养护时间，最好不要少于14d，以增强混凝土的抗裂性。

3.7 控制混凝土的其他措施

选择一些含沙量比较小或者级配比较强的石子、砂子；混凝土在最终凝固以前，可以在表面进行多次抹压，以减小塑性裂缝的出现；对模板的拆除时间要合理控制。这些措施都可以适当的减少混凝土出现的裂缝问题。