大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析與抗裂控制新對策

王友輝

摘 要：在分析和研究大體積混凝土的溫度裂縫的形成要素基礎(chǔ)上，總結(jié)出控制大體積混凝土的溫度裂縫的產(chǎn)生對策，進(jìn)而有效處理大體積混凝土的溫度裂縫問題。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土 溫度裂縫 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TV331 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0086-02

在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展形勢下，國內(nèi)建筑工程項(xiàng)目的施工技術(shù)得到明顯提高，其中大體積混凝土的施工技術(shù)已被普遍運(yùn)用。大體積混凝土通常為結(jié)構(gòu)斷面的最小尺寸要在80cm之上，而且水化熱引發(fā)混凝土出現(xiàn)的最高溫度及環(huán)境溫度之間的差值要超出25攝氏度的混凝土。從大體積混凝土有觀念結(jié)構(gòu)方面而言，為了可以滿足工藝及構(gòu)造的需求，通常情況下截面的尺寸比較大，同時對強(qiáng)度的設(shè)計有著具體的規(guī)定，可是對于裂縫與控制要求相對較少。因此，對大體積混凝土的溫度裂縫產(chǎn)生進(jìn)行有效控制是一個重要的課題。

1 大體積混凝土的溫度裂縫產(chǎn)生的機(jī)理分析

大體積混凝土在進(jìn)行施工時常常會出現(xiàn)溫度裂縫。通常情況下，造成大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的原因有三種，第一種是在外荷載形成的直接應(yīng)力，也就是依據(jù)常規(guī)所設(shè)計的應(yīng)力造成的裂縫；第二種是在外荷載的 直接作用下，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成大體積混凝土出現(xiàn)裂縫；第三種是因?yàn)樽冃我l(fā)的大體積混凝土裂縫，也就是結(jié)構(gòu)因?yàn)闇囟群褪湛s等原因引發(fā)的裂縫。本文主要對溫度裂縫產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析。

1.1 表面裂縫形成的機(jī)理分析

大體積混凝土?xí)跍囟鹊纳呒敖档瓦^程中出現(xiàn)體積膨脹與收縮現(xiàn)象，人們將其稱之為溫度的變形。因?yàn)榇篌w積混凝土中結(jié)構(gòu)的截面相對較大，所用的水泥量比較多，在澆筑過后水泥灰釋放許多水化熱，導(dǎo)致混凝土的溫度急速升高[1]。因?yàn)榇篌w積混凝土的導(dǎo)熱性能相對較差，體積又比較大，散熱效果不良。對此，大體積混凝土的內(nèi)部水化熱就會集聚不散，而外部的散熱效果較好，不管是升溫和升壓都會形成拉應(yīng)力。如果溫度梯度到達(dá)某些程度，這時表面的拉應(yīng)力就會超出大體積混凝土中極限抗拉的強(qiáng)度，當(dāng)拉力超出混凝土承受力的時候，大體積混凝土就會出現(xiàn)裂縫。 下圖1

1.2 貫穿裂縫產(chǎn)生的機(jī)理分析

在水泥的水化反應(yīng)結(jié)束和大體積混凝土逐漸散熱過后，大體積混凝土就會由原來的升溫使其轉(zhuǎn)變到降溫時期。在溫度降低情況下，混凝土的體積就會收縮。因?yàn)榇篌w積混凝土的內(nèi)部熱量通常是有表面釋放出去，而降溫時期大體積混凝土的溫度主要分布特點(diǎn)就是中心的溫度比較高，而標(biāo)明的溫度相對比較低，對此，大體積混凝土的中心部分和表面部分出現(xiàn)的冷卻程度存在較大差異，這時在混凝土的內(nèi)部就會形成比較大的內(nèi)約束。另外，地基與邊界條件對大體積混凝土也會形成較大的外約束。而內(nèi)約束力的主要作用就是使收縮的大體積混凝土形成拉應(yīng)力[2]。在大體積混凝土的齡期增長情況下，彈性模量就會提升。對此，降溫收縮形成的應(yīng)力相對較大，進(jìn)而導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)貫穿裂縫。由此可知，大體積混凝土形成溫度裂縫主要由內(nèi)部矛盾造成的。

2 控制溫度裂縫的施工技術(shù)

2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先，合理配筋，防止應(yīng)力集中。盡管鋼筋要在大體積混凝土的結(jié)構(gòu)中承受抗拉應(yīng)力，可是因?yàn)橥ǔＧ闆r下大體積混凝土的結(jié)構(gòu)中配筋率相對較小。而科學(xué)、合理的配筋能夠在一定程度上降低大體積混凝土裂縫進(jìn)一步嚴(yán)重。另外，孔洞的周圍和轉(zhuǎn)角位置，比較容易因?yàn)閼?yīng)力集中形成裂縫，對此在薄弱的位置要加大鋼筋用量，這樣能夠有效防止裂縫的產(chǎn)生。在結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中構(gòu)造配筋非常重要，其對結(jié)構(gòu)的抗裂影響較大，對此在設(shè)計時一定要加強(qiáng)，例如選擇上、下兩層的連續(xù)方式進(jìn)行配筋等。其次，科學(xué)、合理選取大體積混凝土的結(jié)構(gòu)方式及強(qiáng)度等級。為了可以防止裂縫的產(chǎn)生，要在梁板的設(shè)計過程中選擇中低檔的混凝土等級，但是要在后期加大強(qiáng)度。另外，工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計時要格外注重混合結(jié)構(gòu)有關(guān)約束狀態(tài)，盡量減小結(jié)構(gòu)約束度。

2.2 砂、石墊層

對于存在一定承載能力的地基，可以在上面設(shè)置80cm厚度的卵石層，然后在卵石層的上面設(shè)置一層厚度為20cm的砂墊層[3]。而大體積混凝土可以布置于砂墊層的上面。其中卵石層和砂墊層就是具有彈性的滑動形式的墊層，此種墊層不僅可以處理滑動問題，還可以再大體積混凝土的底部作為褥墊層。如果出現(xiàn)地震時，還會起到結(jié)構(gòu)的隔震作用。然而傳統(tǒng)的施工方法就是在墊層上面設(shè)置油氈或是涂一層瀝青膠，在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中難以發(fā)揮作用，因?yàn)榇篌w積混凝土中荷載相對較大，如果出現(xiàn)滑動，就會造成油氈或是瀝青隆起，無法起到滑動的作用，砂、石墊層結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 骨料的選取和配合比

骨料在大體積混凝土中熱血性能和熱膨脹等方面發(fā)揮著重要作用。通常情況下，密度較高和吸水率較低的骨料具備較小的收縮性。如果W/C不發(fā)生變化時，骨料運(yùn)用的越多，粒徑就會越大，而水泥的用量就相對較少，這時大體積混凝土的絕熱溫升較低。要想合理處理大體積混凝土的水化熱問題，最主要的就是盡量較少水泥的用量，可是減少水泥用量又無法確保混凝土的強(qiáng)度，對此選取合理的骨料十分重要[4]。經(jīng)過多年的實(shí)踐，混凝土可以選取正長巖的人工骨料，其抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到180MPa，吸水率是0.42%。該種骨料因?yàn)閺?qiáng)度相對較大，用于大體積的混凝土中，可以在一定程度上降低水泥的用量，同時還可以確保大體積混凝土的強(qiáng)度。除此之外，如果水灰比W/C為出現(xiàn)變化時，可以選取骨料粒徑相對較大的，這樣可以在一定程度上降低混凝土的絕熱溫升。

3 結(jié)語

大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫是比較常見的問題。而混凝土裂縫的存在及擴(kuò)展常常會在一定程度上減低運(yùn)用年限，嚴(yán)重的時候甚至影響到結(jié)構(gòu)的安全，無法正常運(yùn)用。通過長時期的實(shí)踐，在大體積混凝土施工過程中可以改進(jìn)約束條件和科學(xué)、合理配置鋼筋以及優(yōu)化配合比的設(shè)計等，從而有效控制大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，確保工程項(xiàng)目的整體施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴會超，王建.國內(nèi)外水利水電工程混凝土裂縫及其防治技術(shù)研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

[2] 馮乃謙，顧晴霞，郝挺宇.混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫與對策[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3] 彭立海.大體積混凝土溫控與防裂[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

[4] 王可，劉書賢.大體積混凝土溫度裂縫原因及控制措施[J].山西建筑，2013，34（9）：162-163.