大體積混凝土施工裂縫成因及防控技術(shù)措施

馬翠潔/身份證：652601196707062221

大體積混凝土施工裂縫成因及防控技術(shù)措施

馬翠潔/身份證：652601196707062221

大體積混凝土施工過(guò)程中，如果不采取正確的施工方法和有效的控制措施，混凝土的內(nèi)外溫差一般都會(huì)大于25℃，很容易造成混凝土大面積裂縫，這些裂縫會(huì)給有害物質(zhì)提供方便的侵入點(diǎn)，使裂縫不斷擴(kuò)大，影響結(jié)構(gòu)的使用，甚至造成結(jié)構(gòu)的破壞。因此，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制非常重要。

一、大體積混凝土裂縫的表現(xiàn)形式

1.由于混凝土沉縮、表面塑性收縮產(chǎn)生的表面淺層裂縫。該類(lèi)裂縫一般在平面內(nèi)分布無(wú)規(guī)則且較短，不影響結(jié)構(gòu)使用，僅作表面防護(hù)處理即可。

2.由于混凝土升溫過(guò)高、溫差過(guò)大或降溫過(guò)快產(chǎn)生的深層、通長(zhǎng)或貫穿裂縫。該類(lèi)裂縫一般首先出現(xiàn)在長(zhǎng)邊方向的中部、邊角處和截面突然變化處，影響結(jié)構(gòu)整體受力和使用耐久性。

二、大體積混凝土裂縫的形成原因

1.混凝土在凝固初期產(chǎn)生大量的水化熱，致使內(nèi)部溫度迅速升高，體積膨脹擴(kuò)大，此時(shí)由于受基巖或前期混凝土的約束產(chǎn)生壓應(yīng)力。在混凝土凝固后期冷卻收縮時(shí)，則產(chǎn)生拉應(yīng)力，且拉應(yīng)力大于升溫膨脹產(chǎn)生的壓應(yīng)力值。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉應(yīng)力時(shí)，則會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，可能發(fā)展成貫穿裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)造成極大的破壞。

2.在混凝土澆筑后外界氣溫突然下降，在混凝土內(nèi)外部產(chǎn)生較大溫差，使混凝土表面產(chǎn)生很大的溫度拉應(yīng)力，形成表面裂縫。

3.混凝土在澆筑后，因塑性收縮和縮水收縮而產(chǎn)生的表面收縮裂縫。

其中，由于后兩方面原因引起的裂縫，只要我們按照規(guī)范要求進(jìn)行正常的養(yǎng)護(hù)，均可以得到有效控制和避免。而第一方面由水泥水化熱引起的較大溫差則是大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫最直接、最根本的原因，也是我們?cè)谑┕ぶ斜仨毧朔碾y題之一。

三、溫差控制與防裂分析

根據(jù)《塊體基礎(chǔ)大體積砼施工技術(shù)規(guī)程》YBJ224-91規(guī)定，大體積混凝土工程施工前，應(yīng)對(duì)施工階段大體積混凝土澆筑塊體的溫度進(jìn)行驗(yàn)算，確定施工階段大體積混凝土澆筑塊體的升溫峰值、里外溫差及降溫速度的控制指標(biāo)，制定溫控施工的技術(shù)措施。通過(guò)溫控施工技術(shù)措施的落實(shí)，確保施工質(zhì)量、防止有害裂縫、特別是貫穿裂縫的產(chǎn)生。混凝土表面溫度裂縫寬度應(yīng)小于0.3mm。

（一）合理選材，改善配比

1.原材料控制。

（1）水泥：采用水化熱較低和凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)的水泥，如礦渣水泥、大壩水泥或粉煤灰水泥等。在材料比選時(shí)，應(yīng)對(duì)不同種類(lèi)和品牌的水泥取樣進(jìn)行水化熱試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)分析比較，優(yōu)先選用同量同等條件下水化熱較低的水泥。

（2）粗骨料：采用5mm～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，針片狀顆粒含量不應(yīng)大于10%，含泥量不應(yīng)大于1%。

（3）細(xì)骨料：采用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬的優(yōu)質(zhì)中粗河砂，含泥量不應(yīng)大于2%，細(xì)度模數(shù)控制在2.3mm～2.7mm之間。

（4）水：達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

（5）粉煤灰：粉煤灰是一種優(yōu)質(zhì)的摻和料，使用時(shí)應(yīng)選擇一級(jí)粉煤灰，盡可能選用細(xì)度模數(shù)大且燒失量低的粉煤灰。

（6）外加劑：采用緩凝高效減水劑。

2.改善配比。

（1）盡可能降低水泥用量。根據(jù)水化熱溫升經(jīng)驗(yàn)公式：T=To+Q／N+L／50（式中：T--水化熱溫升，℃；To--混凝土入模溫度，℃；Q--每立方米混凝土水泥用量，K g／m3；N--試驗(yàn)常數(shù)，早強(qiáng)類(lèi)水泥取9，普通水泥取10，礦渣類(lèi)水泥取11；L--每立方米混凝土粉煤灰用量，K g／m3。）可知，每立方米混凝土每減少10K g水泥用量，混凝土的水化熱溫升降低1℃左右。因此，在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，盡可能降低水泥用量是最可靠的控溫措施之一。水泥用量一般不應(yīng)超過(guò)350K g／m3。

（2）摻用粉煤灰。混凝土摻加粉煤灰主要是為了取代部分水泥，減少水泥用量，降低水化熱，同時(shí)還可以充當(dāng)填充材料，并改善混凝土的和易性。粉煤灰用量一般為水泥用量的30%～40%。

（3）摻加高效減水劑。混凝土摻加高效減水劑有雙重作用，一方面使混凝土緩凝，以推遲水化熱峰值的出現(xiàn)，使混凝土表面溫度梯度減少；另一方面可以降低水灰比，避免水灰比過(guò)大產(chǎn)生塑性收縮。

（二）施工過(guò)程控制

1.控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度。研究表明：對(duì)混凝土出機(jī)溫度影響最大的是碎石和水的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響最小。因此，降低出機(jī)溫度的最有效辦法就是降低碎石的溫度。在氣溫較高時(shí)，為防止太陽(yáng)的直接照射，砂石堆場(chǎng)應(yīng)設(shè)遮陽(yáng)棚；必要時(shí)，部分拌和用水以碎冰形式加入。為了保證混凝土的均勻性，在攪拌終了前，應(yīng)使混凝土拌和物中的冰全部溶化。為了控制混凝土的澆筑溫度，可加快運(yùn)輸速度，縮短運(yùn)輸時(shí)間，在運(yùn)輸途中盡量放慢攪拌速度。在氣溫較高時(shí)，對(duì)運(yùn)輸車(chē)的攪拌罐噴淋冷水，減少運(yùn)輸過(guò)程中吸收太陽(yáng)的輻射熱。同時(shí)，加大澆筑強(qiáng)度，縮短澆筑時(shí)間。

2.采用分層或分塊澆筑，加快混凝土散熱速度。

（1）分層澆筑。①分層施工時(shí)母層厚度應(yīng)控制在1m～1.5m之間，具體可視混凝土澆筑能力和降溫措施而定。②應(yīng)在前層混凝土初凝或失去重塑性能前完成下層混凝土的澆筑搗實(shí)。③當(dāng)在前層混凝土初凝或失去重塑性能前無(wú)法完成下層混凝土施工時(shí)，應(yīng)按規(guī)定間歇4d～7d，待前層混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，方可進(jìn)行下層混凝土的澆筑，且在澆筑前對(duì)兩層結(jié)合面按施工縫進(jìn)行鑿毛和清掃浮漿處理。

（2）分塊澆筑。當(dāng)截面面積大于100m2時(shí)，在前層混凝土開(kāi)始初凝或失去重塑性能前來(lái)不及完成下層混凝土的澆筑振搗時(shí)，此時(shí)若采用分層澆筑，間隔時(shí)間長(zhǎng)，延誤工期。為加快施工進(jìn)度和保證工程質(zhì)量，應(yīng)統(tǒng)籌安排，采用分塊澆筑。

①合理布置分塊區(qū)域，每塊平均面積不宜小于50m2，高度不宜大于1.5m。②上下鄰層混凝土間的豎向接縫，應(yīng)錯(cuò)開(kāi)布置，做成企口，并按施工縫處理。

3.冷卻水降溫。在混凝土內(nèi)部布置冷卻水管，混凝土終凝后開(kāi)始通水冷卻降溫。

（1）冷卻循環(huán)水管可采用φ25mm左右鐵管，按照冷卻水由較熱中心區(qū)流向邊區(qū)的原則，進(jìn)水管口設(shè)在靠近混凝土中心處，出水管口設(shè)在混凝土邊區(qū)處。進(jìn)出水管口均引出混凝土頂面以上。每層水管的垂直進(jìn)出水口互相錯(cuò)開(kāi)，且在出水口處設(shè)調(diào)節(jié)水管流量的水閥和測(cè)流量設(shè)備。

（2）冷卻水管安裝時(shí)，要與鋼筋骨架和支撐桁架固定牢靠，以防混凝土澆筑時(shí)水管變形及脫落而發(fā)生堵水和漏水，并做通水試驗(yàn)。

（3）混凝土終凝后，方可通水循環(huán)。

（4）用溫度計(jì)及時(shí)測(cè)出進(jìn)出口的水溫，不斷調(diào)整水管流量，水管流量可控制在1.2 m3/h～1.5m3/h，將進(jìn)出水溫差控制在10℃左右，且水溫與混凝土內(nèi)部溫度相差不大于20℃。

（5）冷卻水管使用完畢，需要壓注水泥漿封閉。

4.加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

（1）混凝土澆筑后，應(yīng)適時(shí)加蓋草墊、麻袋等覆蓋物，定時(shí)灑水養(yǎng)生；同時(shí)保證冷卻水的供應(yīng)，加強(qiáng)保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，延緩降溫速度，減少內(nèi)外溫差。

（2）在混凝土內(nèi)部及表面合理布設(shè)測(cè)溫點(diǎn)，加強(qiáng)溫度觀測(cè)，并根據(jù)外界大氣條件，隨時(shí)了解混凝土澆筑后（尤其是第2天）溫度的升降情況，掌握混凝土內(nèi)外溫差變化，及時(shí)采取增減覆蓋物等措施，以便將混凝土內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。