關于大體積混凝土澆筑技術的初步探討

李春杰馬國茹

(1.日照市城市排水管理處,山東日照 276800;2.日照市城市排水有限責任公司,山東日照 276800)

關于大體積混凝土澆筑技術的初步探討

李春杰1馬國茹2

(1.日照市城市排水管理處,山東日照 276800;2.日照市城市排水有限責任公司,山東日照 276800)

在工程結構大體積混凝土的澆筑中,若施工控制不當,極易引起較為嚴重的后果,使工程結構產生危害性裂縫,影響工程結構的設計與質量要求。所以,在澆筑大體積混凝土的施工中,一定要采取有效措施確保混凝土的質量。本文將對大體積混凝土結構裂縫的產生機理進行簡要分析,并對在工程施工中采取的措施提出一些可以借鑒的方法。

大體積混凝土 裂縫 澆筑 措施

大體積混凝土的概念：我國《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2009里規(guī)定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。

我國目前正在建造工程中的大型設備的基礎、大型結構構筑物、給排水工程、高級和特殊功能建筑的箱型基礎、有較高的承載能力的樁基和厚承臺等各種規(guī)模較大的鋼筋混凝土結構，都采用大體積混凝土澆筑技術。大體積混凝土已大量用于工業(yè)和民用建筑之中。在混凝土構筑物的整體澆注中，為避免裂縫的生成，對它的施工技術提出了更高的要求。

1 大體積混凝土澆筑中產生裂縫的機理

1.1 大體積混凝土產生裂縫的幾種形式

根據(jù)其物質組成的結構分為兩種裂縫：肉眼看不到的微觀裂縫和肉眼可見的宏觀裂縫。

宏觀裂縫按深度的類型又分為表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫三種。混凝土表面裂縫通常是在干燥收縮變形和混凝土自己的溫度場變化、內部約束或由于氣溫驟降引起的，一般不能形成貫穿裂縫或深層裂縫；深層裂縫出現(xiàn)在脫離的基礎的限制范圍之外的表面裂縫，在經(jīng)歷較長的冷卻過程中的發(fā)展后，在混凝土砌塊里面形成一個溫度梯度陡的復雜性溫度場，從而使裂縫以縱深發(fā)展的形式而形成深層裂縫，但其內部仍然是連續(xù)的； 基礎貫穿裂縫是切斷混凝土結構的大裂縫，是由混凝土變形由外部約束所發(fā)生，使其整個橫截面均受拉應力，這種情況下，只要出現(xiàn)裂縫，便會形成貫穿裂縫。

微裂縫存在于所有混凝土結構，在設計規(guī)范中已考慮到微裂縫對混凝土強度和抗裂性的影響，它的存在是正常現(xiàn)象。

1.2 大體積混凝土裂縫產生的原因

(1)溫度，它作為一個變形因素，在混凝土結構中造成的裂縫，有表面裂縫和貫穿裂縫兩種形式。在工程施工期間產生的結構裂縫，主要是水泥水化熱引起的溫度變化所致。由于內外溫差所產生的應力和應變，一旦溫度應力超過混凝土所能承受的拉伸強度時，即會出現(xiàn)裂縫。

(2)水泥水化熱，水泥水化過程會釋放一定程度的熱，而大體積混凝土結構通常會橫截面較厚，水泥釋放的熱量聚集在結構內部不容易分發(fā)。隨著混凝土齡期增長，彈性模量隨之增加，混凝土內部冷卻收縮的約束力將越來越大，以致產生很大的拉應力。當混凝土拉伸強度不足以抵抗這樣的拉應力時，混凝土結構便開始出現(xiàn)溫度裂縫。

(3)外屆溫度變化，大體積混凝土施工階段，由于外部空氣影響，外界溫度越高，混凝土澆筑溫度也越高； 外部溫度下降，也增加了混凝土的冷卻速度。特別是氣溫驟降，將大大增加外層混凝土與內部混凝土溫度梯度。溫差越大，溫度應力也越大。在這種情況下，將導致混凝土內部結構的力的不平衡造成裂縫。

(4)約束條件，各種結構中的變形變化過程中，是受一定的“約束”或“抑制”而阻礙結構變形的現(xiàn)象，這就是指的約束。大體積混凝土由于溫度變化會產生變形，而這變形受到約束會產生一個應力，這是溫度變化引起應力狀態(tài)。而當應力超過一個值時他們便會導致裂縫的發(fā)生。

(5)混凝土收縮變形，混凝土中八成的水分需要蒸發(fā)，約兩成的水是水泥硬化必要的條件。混凝土水化產生的體積變形稱為“自身體積變形”，變形的主要影響取決于膠凝材料的性質。對于普通水泥混凝土大多為收縮變形，少數(shù)的為擴張變形。額外的水分蒸發(fā)可能會導致混凝土體積收縮，這種收縮變形不受約束條件的影響。如果有約束就可能會導致混凝土開裂，并會隨著混凝土齡的增長而發(fā)展。

2 大體積混凝土澆筑過程中采取的措施

2.1 設計控制措施

盡可能選擇強度水平低的混凝土，充分利用混凝土的后期強度。在混凝土早齡期，混凝土負載遠未達到設計負荷值。可以使用的混凝土60d或90d的后期強度，盡可能降低混凝土中水泥用量，以減少混凝土澆筑塊水化熱溫度。大體積混凝土水泥的強度宜在C25—C35的范圍內使用，水泥用量最好的不超過380kg/m3。

應該使用直徑較小的、密度均勻分布的方式布筋，防止水化熱溫度和收縮引起的應力影響。要適當提高配筋率，提高混凝自身的極限拉伸應變和混凝土抗收縮變形的能力，以防止因混凝土自己的收縮產生大量的應力集中點，使混凝土結構局部出現(xiàn)塑性變形裂縫。

2.2 施工控制措施

合理選擇原材料、優(yōu)化混凝土配合比，控制混凝土的溫升、提高混凝土抗拉強度和極限拉伸變形能力、降低線性膨脹系數(shù)等。

(1)采用低水化熱、高強度水泥。以減少水泥水化熱，提高混凝土抗裂性能力。應要求制定混凝土中使用的水泥7天的水化熱不超過25kJ/kg。

(2)采用導熱性好、線性膨脹系數(shù)小、分級合理的骨料。減少混凝土溫度應力。根據(jù)結構的最小橫截面尺寸和抽送水泥管內徑，選擇一個合理的最大粒徑，盡可能選擇較大的顆粒尺寸。

(3)優(yōu)化的混凝土組合。以確保混凝土的強度和流動性條件下，盡量節(jié)省水泥用量、減少混凝土的水化熱溫升。在保證混凝土設計要求的前提下，適當降低水灰比，適量混合粉煤灰，以減少水泥用量，減少混凝土絕熱溫升，以改善混凝土抗裂性能力。

(4)摻雜外加劑以減緩混凝土水化熱的發(fā)生速率。適當?shù)氖褂镁從郎p水劑和微膨脹劑，以減少大體積混凝土體積收縮影響，以減少混凝土可以開裂的可能性。

(5)減少混凝土進入模具的溫度。控制混凝土內外溫差，當沒有設計要求時，控制在二十五日攝氏度以下為宜，如采用降低混和水溫度、用水沖洗冷卻骨料溫度、避免曝曬等措施。

(6)適當?shù)脑O置后澆帶。以減少外應力和溫度應力，也有利于散熱和減少混凝土內部溫度。

(7)強制降溫。可以在混凝土結構中嵌入冷水管，由循環(huán)水將混凝土內部熱量帶出。降低混凝土內部溫度。

2.3 保養(yǎng)措施

(1)保溫養(yǎng)護是大體積混凝土施工的關鍵。保溫養(yǎng)護的目的主要是減少大體積混凝土澆筑塊和外部溫度的差值，降低混凝土砌塊的冷卻速度，充分利用混凝土的拉伸強度，提高混凝土砌塊承受溫度應力時的抗裂性的能力。達到防止和控制溫度裂縫的目的。

(2)混凝土澆筑后4～6小時，可能會在表面上出現(xiàn)塑性裂縫。可用二次壓光或二次澆灌層處理。用塑料薄膜，秸稈布等，作為混凝土表面的保溫材料，在寒冷季節(jié)可以架設擋風保溫棚，覆蓋層厚度應根據(jù)溫度控制指標的要求計算確定。其他具有保溫性能良好的材料也可用于混凝土的保溫養(yǎng)護中。在大體積混凝土施工中，它可以因地制宜地使用保溫性能好，價格便宜的材料，作為大體積混凝土的保溫養(yǎng)護材料。

(3)在大體積混凝土養(yǎng)護過程中，不得用強制的、不均勻的冷卻措施，否則極易使大體積混凝土因溫度不平衡而出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土施工中，無論使用鋼模板還是木模板，在模板拆除后，都應根據(jù)大體積混凝土澆筑塊內部的實際溫度場情況，按溫度控制指標的要求采取必要的保溫措施。

2.4 監(jiān)測措施

(1)澆注過程監(jiān)控，監(jiān)測混凝土澆筑溫度，以確保澆注溫度不要超過控制標準，以控制混凝土澆筑后的溫度峰值。其中還包括混凝土攪拌、混凝土原料、混凝土運輸過程溫度監(jiān)測，使混凝土從生產到澆筑全過程的溫度在正常可控范圍。

(2)養(yǎng)護時的檢測，在大體積混凝土保溫養(yǎng)護過程中，應對混凝土砌塊和外部的溫度差、冷卻速度進行監(jiān)控。根據(jù)現(xiàn)場實際測量結果進行溫度控制。

3 結語

大體積混凝土澆筑工程，是目前施工中應用較多的一項技術。在施工過程中，只要合理設計，合理規(guī)范施工方案，采取有效措施，仔細落實好各個施工環(huán)節(jié)，妥善作好澆筑后的養(yǎng)護工作，有效控制混凝土溫度，就會杜絕大體積混凝土有害裂縫的產生，使所建大體積混凝土工程滿足設計與質量要求。

[1]王鐵夢.談控制混凝土工程收縮裂縫的18個主要因素.混凝土, 2003.11.

[2]張少鋒.大體積混凝土溫度裂縫的控制.土木工程,2009.1.

[3]侯君偉.現(xiàn)澆混凝土建筑結構施工手冊.機械工業(yè)出版社,2003.6.

李春杰(1978— ),男,河北景縣人,本科,畢業(yè)于大連理工大學;單位:日照市城市排水管理處。馬國茹(1978— ),女,山東臨沂人,大專,畢業(yè)于山東煙臺大學;單位:日照城市排水有限責任公司。