大體積混凝土施工中的裂縫控制及溫度監(jiān)測(cè)

張銀澤

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西太原 030012)

0 引言

近些年來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅猛，各地不斷上馬新的項(xiàng)目，大型建筑工程也越來(lái)越多。在一些大壩、橋梁及高層建筑的基礎(chǔ)施工中，應(yīng)用大體積混凝土的工程項(xiàng)目逐年增加，用量快速增長(zhǎng)。在大體積混凝土的施工中，對(duì)技術(shù)要求比較高，要特別注意防止水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力裂縫，確保混凝土施工質(zhì)量是至關(guān)重要的。

在現(xiàn)代工程建設(shè)中，大體積混凝土的應(yīng)用占有重要地位。在工程項(xiàng)目中，混凝土開(kāi)裂是我國(guó)建筑施工中的一個(gè)普遍問(wèn)題，會(huì)對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)安全造成不利影響。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，裂縫一旦形成，特別是基礎(chǔ)貫穿裂縫，會(huì)降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件承載力，對(duì)結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行產(chǎn)生極其嚴(yán)重的影響。因此，在大體積混凝土施工中，采取措施減少裂縫是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 大體積混凝土裂縫成因

大體積混凝土裂縫大多數(shù)屬于溫度裂縫，其中表面裂縫又占絕大多數(shù)。表面裂縫在一定條件下，可能繼續(xù)發(fā)展成貫穿裂縫，為工程結(jié)構(gòu)埋下嚴(yán)重質(zhì)量隱患。大體積混凝土在施工過(guò)程中普遍會(huì)遇到裂縫控制問(wèn)題，探討裂縫產(chǎn)生的原因就格外重要。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土裂縫主要是由溫度應(yīng)力和混凝土自身收縮導(dǎo)致的。溫度裂縫，主要出現(xiàn)在澆筑后的2 d～5 d左右。在混凝土澆筑初期，水泥水化熱現(xiàn)象會(huì)使得混凝土產(chǎn)生大量的熱量。在大體積混凝土中，由于混凝土體積大，且不易導(dǎo)熱，水化熱會(huì)迅速聚集在混凝土內(nèi)部，使得混凝土內(nèi)部溫度迅速升高。在大體積混凝土表面，由于熱量不易聚集，散溫較快，這就使得混凝土表面溫度遠(yuǎn)低于其內(nèi)部溫度，形成了較大的內(nèi)外溫度差。內(nèi)外溫度差形成溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土當(dāng)時(shí)的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則在混凝土表面形成裂縫。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。另外，在拆模前后，表面溫度降低很快，造成的溫度陡降，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，也會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。混凝土自身收縮。在混凝土硬化后期，由于混凝土內(nèi)部的水分不斷蒸發(fā)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生干縮變形，就會(huì)在混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)由外向內(nèi)的干縮變形裂縫。伴隨著混凝土內(nèi)部的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加大，當(dāng)蒸發(fā)的水分不能及時(shí)得到補(bǔ)充時(shí)，裂縫就會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土由于收縮變形引起的裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)安全具有重要影響。

2 裂縫控制的措施

在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土溫度和溫度變化是影響混凝土裂縫形成的重要因素。在施工中采取有效措施來(lái)減少和避免混凝土裂縫產(chǎn)生，將溫度應(yīng)力對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響降到最低是十分必要的，這也是確保建筑物的結(jié)構(gòu)安全的重要保證。

做好混凝土裂縫控制，減少裂縫的出現(xiàn)，主要思路是通過(guò)進(jìn)行溫度控制，緩解混凝土內(nèi)外溫差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在我國(guó)大體積混凝土施工中，采取的技術(shù)措施主要有控制混凝土溫升，延緩混凝土降溫速率及減少混凝土收縮等。

2.1 控制混凝土溫升

在混凝土結(jié)構(gòu)中，對(duì)水泥水化熱導(dǎo)致的溫升進(jìn)行控制，縮小混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差，這對(duì)降低溫度應(yīng)力、防止溫度裂縫的產(chǎn)生具有關(guān)鍵作用。在施工中，采取的主要措施包括:1)選擇中低水化熱的水泥品種。在混凝土結(jié)構(gòu)中，水泥水化熱是混凝土溫升的熱源。合理選擇中低熱的水泥產(chǎn)品是減少水化熱的重要手段。研究表明，與同等級(jí)的礦渣水泥和普通硅酸鹽水泥相比，選擇使用32.5級(jí)和42.5級(jí)的礦渣硅酸鹽水泥的3 d水化熱可有效降低28%。2)在混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，混凝土強(qiáng)度等的硬性規(guī)定對(duì)施工材料的使用是一個(gè)極大的限制。在設(shè)計(jì)中，可充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，考慮使用f45，f60或f90替代f28作為混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，這對(duì)減少水泥用量，減小水化熱現(xiàn)象是十分有利的。3)摻入適宜的外加料。工程實(shí)踐證明，在施工中優(yōu)化混凝土級(jí)配、摻加適宜的外加料，以改善混凝土的特性，是大體積混凝土施工中的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。混凝土中常用的外加料，主要是外摻劑和外摻料，主要包括:a.木鈣減水劑。在混合料中摻入水泥用量0.25%的木質(zhì)素磺酸鈣，不僅能減少約10%的水泥用量，有效減少水熱化，還能改善混凝土的和易性，利于提高工程質(zhì)量。b.粉煤灰外摻料。在混凝土中加入一定量的粉煤灰，可替代部分水泥，有效減少水化熱(見(jiàn)表1)。4)控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度。在大體積混凝土中，砂石料約占混凝土總重量的85%，石子是對(duì)混合料出機(jī)溫度影響最大的因素之一，因此，采取措施降低石子溫度對(duì)降低混合料的出機(jī)溫度是十分有利的。可采取以下措施:在施工現(xiàn)場(chǎng)，在砂石料等存放地搭設(shè)遮陽(yáng)裝置;向石子等噴射水霧;使用冷水沖洗骨料;在混合料中加入冰塊進(jìn)行拌合等。建議將澆筑溫度控制在40℃以下為宜。

表1 摻加原狀粉煤灰對(duì)水泥水化熱的影響

2.2 減少混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸值

主要措施包括:

1)優(yōu)化混凝土材料和配合比。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，對(duì)混凝土的收縮產(chǎn)生影響的因素有用水量和水泥用量。研究表明，當(dāng)用水量和水泥用量越高，則混凝土的收縮就越大。在混合料設(shè)計(jì)中，在確保混凝土強(qiáng)度的前提下，對(duì)骨料品種和級(jí)配、水灰比等進(jìn)行合理調(diào)整，水泥用量應(yīng)盡量降低。

2)改善混凝土施工工藝和施工質(zhì)量。如:混合料攪拌采用的二次投料砂漿裹石或凈漿裹石工藝，能夠有效的防止水分在石子表面集中形成水膜，這可使得混凝土的抗壓強(qiáng)度提高約10%，使得其極限拉伸值提高。混凝土澆筑后采用二次振搗工藝，對(duì)提高混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度具有重要意義，使得混凝土抗壓強(qiáng)度提高約10%～20%，可有效增強(qiáng)混凝土的抗裂性能。

3)摻加適量的膨脹劑。如:AEA(礬土水泥、天然明礬石、硬石膏)，UEA(燒結(jié)明礬石、天然明礬石、硬石膏等)，在混凝土中產(chǎn)生0.2 MPa～0.7 MPa的膨脹自應(yīng)力，這可使得混凝土干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力被其有效抵消，可避免裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。

2.3 延緩降溫速率

主要措施包括:

1)潮濕養(yǎng)護(hù)。在混凝土澆筑后，使用在混凝土表面不斷補(bǔ)給水分的潮濕養(yǎng)護(hù)法對(duì)降低混凝土的內(nèi)外溫差意義重大。采取的措施主要包括:在混凝土表面不停的淋水，或鋪設(shè)濕砂層、濕麻袋或草袋等，有條件的話(huà)可在表面覆蓋一層塑料薄膜，一般不少于半個(gè)月，可有效防止表面溫度裂縫的產(chǎn)生。

2)保濕保溫養(yǎng)護(hù)。混凝土養(yǎng)護(hù)完畢后數(shù)月內(nèi)，要堅(jiān)持對(duì)混凝土進(jìn)行保濕保溫養(yǎng)護(hù)，可有效降低降溫速率，避免裂縫的發(fā)生或擴(kuò)展。采取的措施主要是使用自動(dòng)噴淋管或水平淋水管等連續(xù)對(duì)混凝土進(jìn)行淋水保濕。在混凝土表面覆蓋數(shù)層草袋或草墊等保溫材料進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

2.4 改善邊界條件和構(gòu)造設(shè)計(jì)

主要措施包括:

設(shè)置滑動(dòng)層，以減少外約束;在混凝土結(jié)構(gòu)孔洞、變截面部位、轉(zhuǎn)角處等部位，避免應(yīng)力集中;設(shè)置緩沖層;合理配置構(gòu)造筋、溫度筋;對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大，一次澆筑長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，可采用“后澆帶”分段澆筑。

3 施工中的溫度監(jiān)測(cè)

在現(xiàn)代大體積混凝土施工中，信息化施工是確保混凝土結(jié)構(gòu)安全的重要保障之一。在施工中，隨時(shí)監(jiān)控和掌握大體積混凝土的內(nèi)部溫度、應(yīng)力變化信息等對(duì)采取對(duì)應(yīng)措施進(jìn)行裂縫控制具有重要意義。根據(jù)監(jiān)控到的信息，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度變化等實(shí)際情況，可做到施工方案的合理調(diào)整，以其減少裂縫的發(fā)生。

在大體積混凝土施工中，信息化施工要監(jiān)測(cè)的信息主要包括:混凝土溫度監(jiān)測(cè)、混凝土應(yīng)變—應(yīng)力監(jiān)測(cè)。對(duì)于發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)外部溫差達(dá)到25℃或溫度異常的情況，應(yīng)及時(shí)采取措施。在大體積混凝土測(cè)溫系統(tǒng)中，主要是由溫度傳感器、信號(hào)放大和變換裝置、計(jì)算機(jī)等組成。在施工中，使用較多的是便攜式測(cè)溫儀，如目前使用最多的是JDC-2型便攜式建筑電子測(cè)溫儀，包括了主機(jī)，測(cè)溫線(xiàn)等。主機(jī)可數(shù)字顯示被測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)溫度值。測(cè)溫線(xiàn)由插頭、導(dǎo)線(xiàn)、內(nèi)裝溫度探頭的金屬管等組成(見(jiàn)圖1)。

圖1 JDC-2型便攜式建筑電子測(cè)溫儀和測(cè)溫線(xiàn)

4 結(jié)語(yǔ)

混凝土內(nèi)外部溫差過(guò)大和混凝土收縮是導(dǎo)致大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的主要因素，是世界范圍內(nèi)工程建設(shè)者面臨的一個(gè)普遍問(wèn)題。在大體積混凝土施工中，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，精心選擇原材料，采用合理的施工方法，綜合應(yīng)用多種預(yù)防控制措施，有效的進(jìn)行混凝土裂縫控制是完全可行的。

［1］大體積混凝土溫度裂縫，http://wenku.baidu.com/view/9b186f672f60ddccda38a088.html，2014.

［2］大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生和防護(hù)，http://wenku.baidu.com/view/94c775c2d0d233d4b14e699b.html，2014.

［3］大體積混凝土溫度裂縫的控制措施，http://wenku.baidu.com/view/5ea7424133687e21af45a9ea.html，2014.

［4］大體積混凝土裂縫控制技術(shù)，http://wenku.baidu.com/view/f025021ea76e58fafab003d8.html，2014.

［5］劉 杰.大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫類(lèi)型防治［J］.山西建筑，2012，38(31):111-112.