解決大體積混凝土施工中裂縫問題的技術措施

　　摘 要： 本文主要對在建筑工程中大體積混凝土施工中出現的裂縫問題進行探討，從裂縫的原因、防止大體積混凝土裂縫的技術措施這兩方面進行了闡述。
　　關鍵詞： 大體積混凝土 建筑工程 裂縫原因 技術措施
　　
　　在建筑工程中，我們經常遇到大體積混凝土結構，例如：高層建筑大型基礎底板、深梁、大型設備基礎，等等。由于混凝土的體積大，聚集的水化熱大，在混凝土內外散熱不均勻，以及受到內外約束的情況時，混凝土內部會產生較大的溫度應力，導致裂縫產生，為結構埋下了嚴重的質量隱患，甚至造成經濟上的巨大損失，對裂縫及其引起鋼筋混凝土結構損壞的控制，需貫徹“防、放、抗”相結合治理的原則，從設計、材料、配合，以及施工等方面綜合考慮，統籌處理。本文僅就材料及施工方面對該項問題進行了探討。
　　一、裂縫原因
　　大體積混凝土結構產生裂縫的原因很多，但其主要原因有以下幾點。
　　1.水泥水化熱的影響。
　　混凝土由干硬性轉向泵送大流動性預拌混凝土施工，水泥用量，用水量都增加，水泥活性增加，比表面積加大，砂率提高等，導致水化熱及收縮變形顯著增加，體積穩定性下降了。混凝土的水化熱是由水泥水化作用而產生的，水泥凝結硬化過程中會產生大量的熱量。大體積混凝土測溫試驗研究表明，水泥大部分水化熱在1—3d內放出（放出的熱量占總熱量的50%左右，7d內可達到約75%）。由于混凝土體積大，聚集在內部的水泥水化熱不易散發可使大體積混凝土內部溫度上升到50℃（冬）至70℃（夏），而混凝土表面則散熱較快。這樣形成較大的內外溫差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，而拉應力超過極限抗拉強度時，混凝土表面將產生裂縫。
　　2.混凝土收縮變形的影響。
　　水化熱使混凝土內部升溫的時間很短，大約在澆筑后的2—7d，這時混凝土的彈性模量很小，約束應力很小，但降溫階段很長，可延續10—30d，甚至更長時間。當混凝土降溫時，由于逐漸散熱而產生收縮，再加上混凝土硬化過程中，混凝土內部拌和水的水化和蒸發，以及膠質體的膠凝作用，促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮，在收縮時受到基底或結構本身的約束，產生很大的收縮應力（拉應力），如果產生的收縮應力超過混凝土的極限抗拉強度，會在混凝土中產生收縮裂縫，這種裂縫有時會貫穿全斷面，成為結構性裂縫，帶來嚴重的危害。
　　3.外界氣溫的影響。
　　大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土開裂有著重大影響。混凝土內部的溫度由澆筑溫度、水泥水化熱絕熱溫升和結構的散熱溫度等各種溫度疊加而成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫愈高，混凝土澆筑溫度也愈高。如果外界氣溫突然下降，就會增加混凝土的溫度梯度。特別是氣溫驟然下降，會大大增加混凝土內外溫差，因而造成過大的溫度應力，使大體積混凝土產生裂縫。
　　4.現澆混凝土結構、磚混結構剛度增加，抗震烈度提高，結構約束比過去顯著增大，如框架梁柱約束了樓板的變形，樁基約束了大體積承臺的體積變形。
　　5.與材料性質和配合比有關的因素。
　　水泥的非正常凝結與非正常膨脹、骨料的級配不當及含泥量過大混凝土配合比不當（水泥因素大，用水量大，砂率大等），選用的水泥、外加劑，摻和料匹配不當。
　　6.與施工有關的因素。
　　拌和不均勻，振搗不密實、坍落度過大、鋼筋保護層厚度不夠。模板支撐下沉，過早拆模，硬化前受擾動或承受荷載，表面抹壓不及時、養護不當等。
　　二、防止大體積混凝土裂縫的技術措施
　　實踐經驗表明，大體積混凝土結構的裂縫由荷載引起的可能性很小，大多數是溫度裂縫。為了防止大體積混凝土的裂縫，概括起來主要有以下幾個措施。
　　1.合理選擇材料，限制水泥用量降低混凝土內部水化熱。
　　（1）選擇水泥。
　　選用中熱或低熱水泥品種，是控制混凝土溫升的最根本的方法。如強度等級為42.5礦渣硅酸鹽水泥早期的水化熱與同齡期的普通硅酸鹽水泥相比，3d的水化熱約降低30%，而強度等級為42.5火山灰硅酸鹽水泥與同強度等級的普通硅酸鹽水泥，3d的水化熱約降低60%。
　　（2）摻加磨細的粉煤灰。
　　在每立方米混凝土中摻加粉煤灰，宜為水泥因素的30%—50%利用粉煤灰“滾珠效應”可改善混凝土的粘聚性和流動性，大大降低混凝土的水化熱，還可節約水泥，降低成本。根據有關試驗資料表明，每立方米混凝土的水泥用量每增減10kg，其水化熱引起混凝土的溫度相應升降1—1.2℃。
　　（3）摻加優質外加劑。
　　大體積混凝土中摻加抗裂、防滲高效增強劑。如JM-Ⅲ改進型，其減水率可達20%左右，3d的水化熱為純水泥漿體的74.2%，水化熱峰值明顯降低。水灰比的降低，可有效地減少收縮，提高混凝土長期體積穩定性，同時使混凝土的孔結構得到改善，使密實度及早期抗拉強度明顯提高，從而提高混凝土的抗裂防滲性。例如姜堰建工大廈地下室承臺，底板厚度為1.5m，采用C30P6級抗滲混凝土，1997年6月上旬施工，旬平均溫度21.5—22℃，選用42.5礦渣硅酸鹽水泥，摻用JM-Ⅵ緩凝減水劑和YF-7，混凝土成型后采用蓄水養護，未發現裂縫。
　　（4）在混凝土中摻加合成纖維。
　　合成纖維用于控制混凝土早期收縮裂縫的作用，已得到許多研究和工程應用的證實，摻有體積率為0.05%—0.2%的合成纖維，每立方米混凝土中即有幾百萬甚至上千萬根纖維，平均每立方厘米混凝土中就有幾十根纖維。這樣在基體的水泥砂漿中布滿了橫豎交叉的立體纖維網，對初期硬化的基體的干縮和塑性收縮起到了較強的約束作用，從而阻礙了塑性收縮裂縫的發生。
　　（5）充分利用混凝土后期強度。
　　實踐證明，摻優質粉煤灰混凝土后期強度較高，在一定摻量范圍內60d強度比28d強度約可增長20%左右，因此在大體積混凝土工程中宜用90d甚至180d齡期的強度。如將混凝土28d齡期C30改為60d齡期C30，這樣可使每立方米混凝土的水泥用量減少50kg。混凝土溫度相應隨之降低。
　　2.控制混凝土入模溫度。
　　根據由攪拌前混凝土原材料的總熱量與攪拌后混凝土總熱量相等的原理，可求得混凝土的出機溫度，說明出機溫度與原材料的溫度成正比。為此對原材料采取降溫措施。對混凝土出機溫度影響最大的是石子的溫度，砂的溫度次之，水泥溫度影響較小。為了降低混凝土的出機溫度，其最有效的辦法就是降低砂、石的溫度。我們可采取以下措施。
　　（1）用冷水沖洗石子。
　　在夏季氣溫高時，為防止太陽的直接照射，在砂石堆料場搭設簡易的遮陽裝置，砂石溫度可降低3—5℃。
　　（2）在攪拌混凝土用的貯水池內加入冰塊，可使水溫降低5—6℃。
　　（3）對混凝土泵管進行覆蓋，保溫，減少混凝土泵送過程中的升溫。
　　（4）由攪拌、運輸到混凝土入模，當氣溫不高于25℃時，持續時間不宜大于90