淺議大體積混凝土施工及裂縫處理方法

摘要:本文敘述了大體積混凝土概念和大體積混凝土施工現狀，探討了大體積混凝土在施工實踐中易發(fā)生的問題及大體積混凝土裂縫的處理方法。

關鍵詞:大體積混凝土 施工 裂縫處理

0 引言

改革開放以來，隨著我國經濟的迅猛發(fā)展，我國的建筑業(yè)也取得了輝煌的成就。其中，混凝土結構，預應力混凝土結構技術，混凝土結構設計理論與設計規(guī)范水平已經處于世界領先的水平。同時，也開發(fā)出了一批新型高強和高性能的建筑材料，如高強混凝土，高性能混凝土，輕質混凝土，鋼纖維，約束混凝土等等。而隨著發(fā)展的需要，我國也已經出現了一大批的高層、超高層建筑，大型的體育館、商場等大規(guī)模的建筑群。因此大體積混凝土也越來越多的被應用到實際當中。在取得了一些輝煌成就的同時，也有著一些施工方面的問題，其中，混凝土的裂縫就是最常見的質量事故之一。本文就大體積混凝土的現狀，優(yōu)、缺點，以及處理常見事故通常所采取的方式做簡要的說明和闡述。

1 大體積混凝土的概念

大體積混凝土指的是最小斷面尺寸大于1m以上，施工時必須采取相應的技術措施妥善處理水化熱引起的混凝土內外溫度差值，合理解決溫度應力并控制裂縫開展的混凝土結構。

大體積混凝土結構的施工特點:一是整體性要求較高，往往不允許留設施工縫，一般都要求連續(xù)澆筑;二是結構的體量較大，澆筑后混凝土產生的水化熱量大，并積聚在內部不易散發(fā)，從而形成內外較大的溫差，引起較大的溫差應力。大體積混凝土尤其在高層和超高層建筑中應用廣泛，其基礎工程大多數都屬于大體積混凝土工程，例如，高層建筑的箱形基礎、筏式基礎、樁基厚大的承臺等，都屬于體積較大的混凝土工程。這些大體積混凝土工程具有結構厚，體形大、鋼筋密，混凝土數量多(有的混凝土量已超過10000m3)，施工條件復雜和施工技術要求高等特點，除了必須滿足強度、剛度、整體性和耐久性要求外，還存在如何控制和防止溫度應力，變形裂縫產生等問題。

2 大體積混凝土施工現狀

目前，國內大型工業(yè)與民用建筑的比例不斷增加，30層以上的高層樓房已經比較普遍，隨著建筑高度增加，高層建筑地下室的底板一般較厚，有的已經達到2m以上。

日本建筑學會對大體積混凝土的定義是:“結構斷面最小尺寸在80cm以上，同時水化熱引起的混凝土內最高溫度與表面溫度之差預計超過25℃的混凝土稱之為大體積混凝土。”因此高層建筑基礎底板均為大體積混凝土，而大體積混凝土施工的主要技術難點為溫度裂縫的控制問題。

大體積混凝土在施工階段之所以會產生裂縫，是其內外矛盾發(fā)展的結果。一方面由于水泥水化熱引起的結構內外溫差過大而產生的溫度應力和溫度變形，另一方面，結構物的內外約束要阻止這種變形。混凝土在硬化過程中，一旦溫度應力超過混凝土所能承受的拉應力極限時，就會出現裂縫。

隨著大體積混凝土工程實例不斷增加，國內已經積累了較多的施工經驗，但由于各工程的設計、施工條件的不同，大體積混凝土的施工仍然缺少實用、成熟的依據，而且施工中掌握不好，會出現一些反常的現象。各工程對溫度應力的控制基本上均依據“混凝土內外溫差≯25℃”的規(guī)定。但是，國內其他一些工程的實際情況表明:有的工程混凝土內外溫差超過了25℃，但并沒有出現裂縫，對較厚的混凝土此溫差值可適當放寬。由于大體積混凝土施工影響因素較多(水泥品種、澆筑方法、混凝土厚度、降溫措施、環(huán)境溫度等)，每個工程需要根據具體情況采取不同的施工技術，保證混凝土的施工質量。

3 大體積混凝土中外加劑的使用

混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中加入，用以改善混凝土性能的物質。摻量不大于水泥重量的5%。

在大體積混凝土施工中摻入混凝土外加劑，可大大改善混凝土工作性能，提高混凝土強度，增強混凝土的密實性，減少收縮、徐變和提高混凝土抗?jié)B性，同時由于水泥用量的減少和混凝土微膨脹劑及高效緩凝減水劑的雙摻應用，可推遲或延緩水泥水化熱的作用，增強混凝土的抗裂性能，防止大體積混凝土出現升溫階段的表面裂縫和降溫階段的收縮裂縫。目前，商品混凝土中應用的外加劑種類繁多，主要有:加氣劑、塑化劑、高效減水劑、礦物質摻料等。一般在混凝土中加入外加劑后，可取得以下效果:①延緩混凝土的凝結時間和降低水化熱;②減少了水泥用量;③減少了水用量;④限制了混凝土的膨脹率;

因此說，外加劑在大體積混凝土施工中必不可少，能夠充分發(fā)揮其自身的優(yōu)點，而降低了大體積混凝土的危害。

4 大體積混凝土在施工實踐中易發(fā)生的問題

大體積混凝土基礎的特點是混凝土澆筑面和澆筑量大，當混凝土澆筑完畢，由于水泥水化熱的影響，使混凝土內部最高溫度3～5d達到峰值，此時若混凝土內部最高溫度與外界氣溫之差超過25℃，在升溫階段和降溫階段，容易發(fā)生表面裂縫和收縮裂縫。

大體積混凝土的裂縫大體積混凝土內出現的裂縫按深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面，可能破壞結構的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較嚴重的，在工程實踐中要絕對避免其發(fā)生;而深層裂縫部分地切斷了結構斷面，也有一定危害性，但在工程實踐中的危害要比貫穿裂縫小的多;表面裂縫一般危害性較小。

大體積混凝土在施工階段所產生的裂縫一般為溫度裂縫，一方面是混凝土的內部因素:大體積混凝土由于水泥水化熱導致混凝土內部溫度較高，當混凝土表面溫度與氣溫相差過大時，會產生溫度收縮裂縫。混凝土線膨脹系數約為每攝氏度0.00001，即溫度每升高或降低10攝氏度，混凝土會產生0.01%的線膨脹或收縮。以C30混凝土為例，其凈彈性模量約為30000MPa，當混凝土的線收縮為0.01%時，混凝土的受拉應力將達3MPa，大約相當于C30混凝土28天的抗拉強度。另一方面是混凝土的外部因素:如大氣或環(huán)境溫度的變化情況等。結構的外部約束和混凝土各質點間的約束，阻止混凝土收縮變形，混凝土抗壓強度較大，但抗拉能力卻很小，所以溫度應力一旦超過混凝土能承受的抗拉強度時，即會出現裂縫。

5 大體積混凝土裂縫的處理方法

明確了混凝土裂縫的成因，評定了其危害程度，最重要的任務就是對已經出現的可見具有危害性的裂縫進行處理。

首先，應在原材料的選用方面減少大體積混凝土裂縫的發(fā)生概率，其應注意以下幾點要求:①粗骨料宜采用連續(xù)級配，細骨料宜采用中砂;②外加劑宜采用緩凝劑、減水劑;③摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等;④大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，應提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量;⑤降低原材料的溫度;⑥水泥應盡量選用水化熱低、凝結時間長的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等。

以上僅就在原材料的選取環(huán)節(jié)上盡量減小發(fā)生裂縫的可能，但在實際施工中，大體積混凝土的裂縫根本就難以避免。因此，在長期的實踐經驗的基礎上探索出了一些具有較強的處理效果的方法，一般的裂縫處理方法有:

①表面修補:常用的方法有壓實抹平，涂抹環(huán)氧膠粘劑，噴涂水泥砂漿或細石混凝土，壓抹環(huán)氧膠泥，環(huán)氧樹脂粘貼玻璃絲布，增加整體面層，鋼錨栓縫合等。此方法僅適用于危害較小的表面縫的裂縫處理工作。

②局部修復法:常用的方法有充填法，預應力法，部分鑿除重新澆筑混凝土等。此方法宜適用于危害較小的表面縫的裂縫處理工作。

③水泥壓力灌漿法:可灌入縫寬大于0.5mm的裂縫。此方法適用于危害較大的深層和貫穿縫縫的裂縫處理工作。

④化學灌漿法:可灌入縫寬大于0.05mm的裂縫。此方法適用于危害較大的深層和貫穿縫縫的裂縫處理工作，同時，也是最為常見的處理貫穿縫的方法之一。

⑤減小結構內力:常用的方法有卸載或控制荷載，設置卸載結構，增設支點或支撐，改簡支梁為連續(xù)梁等。

⑥結構補強:常用的方法有增加鋼筋，加厚板，外包鋼筋混凝土，外包鋼，粘貼鋼板，預應力補強體系等。

⑦改變結構方案，加強整體剛度:例如:框架裂縫采用增設隔板深梁處理。

⑧其他方法:常用方法有拆除重做，改善結構使用條件，通過實驗或分析論證不處理等。

不同原理的混凝土裂縫修復技術一般僅使用一定成因的混凝土裂縫，且需要一定的條件，因此裂縫處理方法采用時應有一定的選擇性，應根據實際情況合理進行選擇。

6 大體積混凝土在工程中應注意問題

首先，在大體積砼施工前應對施工階段大體積的砼澆注塊體的溫度、溫度應力及收縮應力進行驗算，組織設計、施工、材料三方共同研究認證，確定相關工作的負責人，建立健全質量管理控制檢驗體系，大體積混凝土的澆筑和振搗過程中，除應滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外，還應考慮結構大小、鋼筋疏密、預埋管道和地腳螺栓的留設、混凝土供應情況以及水化熱等因素的影響，常采用全面分層、分段分層、斜面分層等方法進行澆筑。

其次，在大體積混凝土的養(yǎng)護階段應注意保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土內表溫差，促進混凝土強度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產生和發(fā)展。大體積混凝土的養(yǎng)護，不僅要滿足強度增長的需要，還應通過施工的溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂。

最后，大體積混凝土拆模時，混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。

7 結束語

伴隨著我國國民經濟的不斷發(fā)展，各種基礎設施的不斷完善，在高速公路領域;在橋梁建設領域;在機場和港口建設領域;在核電站、鉆井平臺領域到高層、超高層建筑，地下工程領域大體積混凝土越來越多的被應用到人們的實際生活中，隨之而來的就是要嚴格把好大體積混凝土施工的質量關，以確保混凝土的耐久性和安全性。此外，更應積極的加大對大體積混凝土外加劑、摻和料的研發(fā)工作，最大程度的彌補大體積混凝土施工工藝的不足之處，盡最大可能的提高大體積混凝土的結構安全使用壽命，以期達到造福于民的目的。

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