從材料角度談大體積砼的裂縫控制

摘要：如何采取有效措施控制大體積混凝土開(kāi)裂，是工程界普遍關(guān)注的問(wèn)題。本文重點(diǎn)從材料組成的四個(gè)方面：水泥、粗細(xì)骨料、粉煤灰、外加劑，論述控制大體積混凝土開(kāi)裂的措施。

關(guān)鍵詞：大體積砼的裂縫 配合比 水泥骨料 粉煤灰 外加劑

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平不斷的提高，國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的投資不斷增多。大體積混凝土施工越來(lái)越普遍，所以，如何采取有效措施防止大體積混凝土開(kāi)裂，是工程界普遍關(guān)注的問(wèn)題。所謂大體積砼指的是最小斷面尺寸大于1m以上的砼結(jié)構(gòu)，其尺寸已經(jīng)大到必須采用相應(yīng)的技術(shù)措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫開(kāi)展的砼結(jié)構(gòu)。大體積混凝土與普通混凝土的區(qū)別表面上看是厚度不同，但其實(shí)質(zhì)的區(qū)別是由于混凝土中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積混凝土內(nèi)部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內(nèi)外溫差過(guò)大，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能會(huì)使混凝土開(kāi)裂。因此判斷是否屬于大體積混凝土既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)、每立方米水泥用量等因素，比較準(zhǔn)確的方法是通過(guò)計(jì)算水泥水化熱所引起的混凝土的溫升值與環(huán)境溫度的差值大小來(lái)判別，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)其差值小于25℃時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力將會(huì)小于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，不會(huì)造成混凝土的開(kāi)裂，否則將造成混凝土的開(kāi)裂，此時(shí)就可判定該混凝土屬大體積混凝土。

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類(lèi)：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計(jì)算中的主要應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。目前溫度裂縫產(chǎn)生主要原因是由溫差造成的，溫差可分為以下兩種：混凝土澆注初期，產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，水化熱積聚在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，常使混凝土內(nèi)部溫度上升，而混凝土表面溫度為室外環(huán)境溫度，這就形成了內(nèi)外溫差，這種內(nèi)外溫差在混凝土凝結(jié)初期產(chǎn)生的拉應(yīng)力當(dāng)超過(guò)混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫；另外，在拆模前后，表面溫度降低很快，造成了溫度陡降，也會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。在上述兩種溫差中，較為主要的原因是由水化熱引起的內(nèi)外溫差。收縮裂縫包括干燥收縮、塑性收縮、自身收縮、碳化收縮等。干燥收縮為混凝土硬化后，在干燥的環(huán)境下，混凝土內(nèi)部的水分不斷向外散失，引起混凝土由外向內(nèi)的干縮變形裂縫。塑性收縮是由于水泥活性大、混凝土溫度較高，或在水灰比較低的條件下會(huì)加劇引起開(kāi)裂。因?yàn)檫@時(shí)混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時(shí)得到補(bǔ)充，這時(shí)混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點(diǎn)拉力，混凝土的表面就會(huì)出現(xiàn)分布不均勻的裂縫，出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加大，于是裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。

大體積混凝土的施工技術(shù)要求比較高，因此需要從材料選擇上、技術(shù)措施等有關(guān)環(huán)節(jié)做好充分的準(zhǔn)備工作，才能保證大體積混凝土順利施工。 混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能的降低混凝土的單位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水膠比)二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)一高(高粉煤灰摻量)”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂混凝土。為此在大體積混凝土配制時(shí)注意以下幾個(gè)方面：

一、水泥：由于溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取早期水化熱低的水泥，由于水泥的水化熱是礦物成分與細(xì)度的函數(shù)，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細(xì)度模數(shù)，硅酸鹽水泥的礦物組成主要有：C3S、C2S、C3A和C4AF，試驗(yàn)表明：水泥中鋁酸三鈣(C3A)和硅酸三鈣(C3S)含量高的，水化熱較高，所以，為了減少水泥的水化熱，必須降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外，在不影響水泥活性的情況下，要盡量使水泥的細(xì)度適當(dāng)減小，因?yàn)樗嗟募?xì)度會(huì)影響水化熱的放熱速率。

二、骨料：骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對(duì)體積的80％～83％，因此在選擇骨料時(shí)，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無(wú)弱包裹層、級(jí)配良好的骨料。首先應(yīng)盡量擴(kuò)大粗骨料的粒徑，因?yàn)榇止橇狭皆酱螅?jí)配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對(duì)防止裂縫的產(chǎn)生有利。細(xì)骨料宜采用級(jí)配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因?yàn)槠淇紫堵市。偙砻娣e小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱就低，裂縫就減少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收縮變形就越大，裂縫就越嚴(yán)重，因此細(xì)骨料盡量用干凈的中粗砂，選擇級(jí)配良好的骨料。另外還可以考慮在大體積混凝土中摻加堅(jiān)實(shí)無(wú)裂縫、沖洗干凈、規(guī)格為150～300mm的大塊石。摻加大塊石不僅減少了混凝土總用量，降低了水化熱，而且石塊本身也吸收了熱量，使水化熱能進(jìn)一步降低，對(duì)控制裂縫有一定好處。

三、粉煤灰：為了減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性，我們可以把部分水泥用粉煤灰代替，摻入粉煤灰主要有以下作用：由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，其中二氧化硅含量40％～60％，三氧化二鋁含量17％～35％，這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)，是其活性的來(lái)源，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；由于粉煤灰顆粒較細(xì)，能夠參加二次反應(yīng)的界面相應(yīng)增加，在混凝土中分散更加均勻；粉煤灰的火山灰反應(yīng)進(jìn)一步改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的細(xì)化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應(yīng)收縮值也減少。由于粉煤灰的比重較水泥小，混凝土振搗時(shí)比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的摻合料較多，強(qiáng)度較低，表面容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。因此，粉煤灰的摻量不宜過(guò)多，在工程中我們應(yīng)根據(jù)具體情況確定粉煤灰的摻量。

四、外加劑：加入外加劑后能減小混凝土收縮開(kāi)裂的機(jī)會(huì)。減水劑的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土強(qiáng)度或在保持混凝土一定強(qiáng)度時(shí)減少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的減少對(duì)防止開(kāi)裂是十分有利的。緩凝劑的作用一是延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間，由于混凝土的強(qiáng)度會(huì)隨齡期的增長(zhǎng)而增大，所以等放熱峰值出現(xiàn)時(shí)，混凝土強(qiáng)度也增大了，從而減小裂縫出現(xiàn)的機(jī)率，二是改善和易性，減少運(yùn)輸過(guò)程中的塌落度損失。引氣劑在混凝土的應(yīng)用對(duì)改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在這里值得注意的是：外加劑不能摻量過(guò)大，否則會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，在GB8076～1977中規(guī)定，摻有外加劑的混凝土，28d的收縮比不得大于135％，即摻有外加劑的混凝土收縮比基準(zhǔn)混凝土的收縮不得大于35％。

綜上所述，雖然大體積混凝土施工過(guò)程中極易產(chǎn)生裂縫，但只要精心選擇合適的材料、采取合理的施工工藝和溫度控制措施就能夠防止裂縫的出現(xiàn)，保證結(jié)構(gòu)物安全、穩(wěn)定的工作。