大體積混凝土裂縫防治對(duì)策探析

王澤楷

西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院 陜西 西安 710055

1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因可以分為兩種：①由于外部荷載作用而產(chǎn)生的裂縫，主要是由地基不均勻沉降和大體積混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑物產(chǎn)生荷載造成的。②因內(nèi)部變形而產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫可以分為兩類，一類是混凝土塑性收縮裂縫，主要是由混凝土原材料（如水泥的化學(xué)反應(yīng)引起收縮變形）的性質(zhì)產(chǎn)生的；另一類是溫度裂縫，溫度裂縫是大體積混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理的重點(diǎn)研究對(duì)象。大體積混凝土施工過程中，混凝土中膠凝材料不斷水化而產(chǎn)生大量的熱量，混凝土本身為熱的不良導(dǎo)體[1]，內(nèi)部熱量很難傳輸?shù)奖砻妫砻媾c環(huán)境相接觸，散熱較快，所以大體積混凝土內(nèi)部溫度（一般達(dá)到60～70℃）要比表面溫度高很多，從而在某一斷面上形成較大的內(nèi)外溫差，使混凝土內(nèi)部受熱膨脹產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部收縮形成拉應(yīng)力；并且在混凝土溫升峰值過后的降溫過程中，內(nèi)部溫度降溫速率比表面慢，形成內(nèi)外溫差產(chǎn)生一定收縮，加之表面水分散失，使收縮增加，收縮受到外部約束條件后形成拉應(yīng)力[2]。另外，單方混凝土水泥用量過多也是造成混凝土收縮裂縫的重要原因，在低溫階段應(yīng)控制拆模時(shí)間。

2 大體積混凝土裂縫防治措施

2.1 設(shè)計(jì)階段的防治措施

大體積混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)宜為C25～C50。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，宜盡量采用C25～C40的混凝土，因?yàn)镃40以上的混凝土絕熱溫升較大，控制溫度較難；同時(shí)應(yīng)合理設(shè)置施工縫，合理設(shè)定溫控指標(biāo)。

2.2 施工階段的防治技術(shù)措施

（1）混凝土的溫控指標(biāo)。混凝土澆筑完成后，監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)如下：①混凝土里表溫差不得大于25℃；②混凝土表面與大氣溫差不得大于20℃；③混凝土冷卻水管入水溫度與混凝土內(nèi)部最大溫差不得大于25℃；④混凝土澆筑體的日降溫速率宜控制在2.0℃以內(nèi)；⑤拆除保溫覆蓋時(shí)混凝土澆筑體的表面溫度與大氣溫度的溫度梯度不得大于20℃。

（2）水泥的選擇。應(yīng)優(yōu)先選擇水化熱偏低、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、后期強(qiáng)度高的硅酸鹽水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥等。這樣有利于混凝土結(jié)構(gòu)的溫度梯度控制，從而減少溫度裂縫出現(xiàn)的概率[3]。

（3）骨料的選擇。粗骨料的粒徑宜為5.0mm～31.5mm，并應(yīng)連續(xù)級(jí)配，且應(yīng)采用非堿活性骨料。在相同條件下，碎石比卵石能為混凝土提供更高的強(qiáng)度和抗裂性能。在水灰比相同的情況下，級(jí)配良好的石子能夠減少水泥的用量，降低大體積混凝土的絕熱溫升。

（4）優(yōu)化混凝土配合比。研究表明[3]，混凝土拌和物，澆注時(shí)坍落度宜控制在（160±20）mm，水泥用量宜控制在230～450kg/m3；拌和水用量不宜大于190kg/m3；粉煤灰摻量不宜超過水泥用量的40%；礦渣粉的摻量不宜超過水泥用量的50%以上；砂率宜為38%～45%；拌和物泌水量宜小于10L/m3；兩種摻和料的總量不宜大于混凝土中水泥重量的50%；水膠比不宜大于0.55。混凝土配合比應(yīng)通過計(jì)算和試配確定，對(duì)泵送混凝土還應(yīng)進(jìn)行泵送試驗(yàn)。

（5）外加劑的選擇。混凝土的外加劑可分為減水劑、膨脹劑和泵送劑等。合理使用外加劑，不僅能改善混凝土的泵送性能，還可以降低水泥的水化熱，達(dá)到節(jié)約水泥用量，降低施工成本的目的。利用MgO的膨脹產(chǎn)生的化學(xué)應(yīng)力來補(bǔ)償大體積混凝土的溫度收縮應(yīng)力，在各大工程得到成功的應(yīng)用，應(yīng)加快推廣MgO膨脹劑的使用。

（6）混凝土的澆筑工藝。常見的降低混凝土溫升的措施，可細(xì)分為跳倉(cāng)澆筑法和分層澆筑法。①跳倉(cāng)澆筑法是依據(jù)混凝土在澆筑的5～10d期間，混凝土的性能還處于尚未穩(wěn)定的狀態(tài)，同時(shí)也沒有達(dá)到終凝的狀態(tài)，在這個(gè)階段混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)比較容易地釋放出來，具有“抗與放”的特性。雖然跳倉(cāng)法的應(yīng)用效果十分顯著，但是當(dāng)大體積混凝土澆筑面大于40m2時(shí)，則不可采用此方法進(jìn)行施工，而應(yīng)當(dāng)直接對(duì)鋼筋、預(yù)應(yīng)力、混凝土等施工階段進(jìn)行控制，以此來實(shí)現(xiàn)裂縫的防治。②分層澆筑法包含推移式連續(xù)澆筑法和整體分層法。推移式連續(xù)澆筑法適用于平面尺寸和厚度較大的結(jié)構(gòu)物的澆筑；整體分層法適用于實(shí)體厚度不超過2m、結(jié)構(gòu)尺寸較大、混凝土澆筑量大且澆筑綜合能力有限的大體積混凝土施工工程。采用分層法澆筑時(shí)，應(yīng)根據(jù)所用振搗器的作用深度和混凝土的和易性確定其澆筑層的厚度。

（7）混凝土的振搗。混凝土在澆筑過程中，應(yīng)及時(shí)振搗。在振搗時(shí)，應(yīng)遵循的原則是：快插慢拔。插點(diǎn)的間距控制在50cm左右。在振搗兩層混凝土交接面時(shí)，應(yīng)插入下層5cm左右，振搗時(shí)間宜為10～30s，以商品混凝土泛漿和不冒氣泡為準(zhǔn)，做到不漏振、不欠振、不超振。為減少裂縫的產(chǎn)生，對(duì)混凝土進(jìn)行二次振搗很有必要。

（8）及時(shí)進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。澆筑完成后10～12h，要對(duì)初凝前的混凝土及時(shí)進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，可以采用塑料薄膜和30mm厚擠塑板進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，保濕養(yǎng)護(hù)持續(xù)時(shí)間不得小于14d，并應(yīng)對(duì)澆筑完畢初凝前的混凝土進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)。目前，在大體積混凝土出現(xiàn)的裂縫中，很大一部分是“收縮裂縫”，這與不重視混凝土養(yǎng)護(hù)也是分不開的。

3 結(jié)束語(yǔ)

混凝土是一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)性突出的基礎(chǔ)性材料，已成為土木工程大量使用的主體建筑材料，裂縫問題不可避免。但隨著對(duì)新材料、混凝土制備新技術(shù)、混凝土澆筑新工藝等各方面的不斷創(chuàng)新研究、專業(yè)化施工水平的不斷提高以及對(duì)大體積混凝土溫度裂縫控制機(jī)理與應(yīng)用方法的深入研究，必將會(huì)使大體積混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫狀況得到有效抑制并不斷好轉(zhuǎn)。