大體積混凝土濕度裂縫產(chǎn)生的原因及控制對策
摘要:本文針對大體積混凝土的性質(zhì)特點(diǎn)，分析產(chǎn)生溫度裂縫的原因，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)提出了一些有效的控制對策。
關(guān)鍵詞:大體積混凝土；溫度裂縫；產(chǎn)生原因；控制對策
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家綜合實(shí)力的壯大，以及工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展需要，一些大型混凝土結(jié)構(gòu)物越來越多的呈現(xiàn)在了我們的祖國大地上，這些大型鋼筋混凝土在施工中的裂縫如果處理不好會(huì)嚴(yán)重影響工程質(zhì)量，造成許多經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境問題。開裂問題是在工程建設(shè)中帶有一定普遍性的技術(shù)問題，裂縫一旦形成，特別是基礎(chǔ)貫穿裂縫出現(xiàn)在重要的結(jié)構(gòu)部位，危害極大，它會(huì)降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，同時(shí)會(huì)可能危害到建筑物的安全使用。所以如何采取有效措施防止大體積混凝土的開裂，是一個(gè)值得關(guān)注的問題
大體積混凝土開裂后，其性能與原狀混凝土性能相差很大，尤其是對耐久性(滲透性)的影響更大，而混凝土滲透反過來又會(huì)加速和促使混凝土的進(jìn)一步惡化，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的長期安全和耐久運(yùn)行。大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)和施工組織都較復(fù)雜，施工時(shí)應(yīng)十分慎重，否則易出現(xiàn)質(zhì)量事故，造成不必要的損失。組織大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工，在模板、鋼筋和混凝土工程方面有許多技術(shù)問題要逐個(gè)解決。為此，筆者結(jié)合近幾年來在大體積混凝土施工中的一些淺薄的經(jīng)驗(yàn)和工程技術(shù)人員交流。
一、大體積混凝土的特點(diǎn)
混凝土結(jié)構(gòu)以其材料廉價(jià)物美、施工方便、承載力大、可裝飾強(qiáng)的特點(diǎn)，日益受到人們的歡迎，于是大體積混凝土逐漸成為構(gòu)成大型設(shè)施或構(gòu)筑物主體的重要組成部分。所謂大體積混凝土，一般理解為尺寸較大的混凝土。大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)中實(shí)體最小尺度大于或等于1m3部位所用的混凝土。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)厚實(shí)，混凝土量大，工程條件復(fù)雜（一般都是地下現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)），施工技術(shù)要求高，水泥水化熱較大（預(yù)計(jì)超過25度），易使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度變形。大體混凝土除了最小斷面和內(nèi)外溫度有一定的規(guī)定外，對平面尺寸也有一定限制。因?yàn)槠矫娉叽邕^大，約束作用所產(chǎn)生的溫度力也愈大，如采取控制溫度措施不當(dāng)，溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值時(shí)，則易產(chǎn)生裂縫。
二、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計(jì)算中的主要應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。
大體積混凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。一方面溫度變化引起的應(yīng)力和應(yīng)變；另一方面是混凝土自身的強(qiáng)度和抵抗變形的能力?；炷翜囟茸兓a(chǎn)生的變形受到混凝土內(nèi)部或外部的約束后，將會(huì)產(chǎn)生很大的壓力，一旦溫度應(yīng)力超過混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。水泥在水化過程中要發(fā)出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)物一般斷層較厚，水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不易散失。通過平常施工中的測試和試驗(yàn)對比，水泥水化熱產(chǎn)生的溫度，在水利工程中一般為15℃－25℃，而在建筑橋梁工程中一般為20℃－30℃，由于混凝土的導(dǎo)熱性能較差，澆筑初期混凝土的強(qiáng)度和和彈性模型量都很低，對水化熱引起的及聚溫度約束也就愈來愈大，以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。在大體積混凝土施工中，一定要考慮溫度應(yīng)力的影響，并設(shè)法降低混凝土內(nèi)部的最高溫度，減小其內(nèi)外溫差。
其實(shí)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，其影響因素還包括水泥品種、用量、摻合料、化學(xué)添加劑，施工工藝，環(huán)境溫度，骨料溫度，養(yǎng)護(hù)條件等等。
三、大體積混凝土，溫度裂縫的控制對策
大量的研究表明，大體積混凝土結(jié)構(gòu)物中的溫度裂縫是不可避免的，重要的是采用合理的措施來防治和控制裂縫產(chǎn)生和發(fā)展，防止大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫主要從兩個(gè)方面注意控制：一方面應(yīng)從控制溫度，改善約束力方面控制，即以減小溫度應(yīng)力著手；另一方面應(yīng)盡可能設(shè)法提高混凝土抗裂能力，改善混凝土自身性能，但這些措施不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約，必須結(jié)合實(shí)施現(xiàn)場實(shí)際情況，全面考慮，合理利用，綜合控制大體積混凝土溫度裂縫。
?。ㄒ唬┖侠磉x擇原材料，優(yōu)化混凝土的配合化。選擇混凝土原材料，優(yōu)化混凝土配合比的目的就是讓混凝土具有較強(qiáng)的抗裂能力，具體來說就是要求混凝土的絕對水化熱溫升較小，抗拉強(qiáng)度較大，極限拉伸變形能力較大，熱強(qiáng)比較小，自生體積變形最好是微膨脹，至少是低收縮。根據(jù)工程試驗(yàn)施工中的國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，大體積混凝土所用材料應(yīng)符合下列要求：一是水泥品種及數(shù)量要求，水泥應(yīng)選用水化熱低，凝結(jié)時(shí)間較長的建筑水泥，優(yōu)先選用中熱性能的硅酸水和低熱礦渣水泥，同時(shí)還要適當(dāng)降低水泥的用量，摻加一些混合料，例如粉煤灰和減水劑等，以便進(jìn)一步綜合降低水化熱，推遲其水化熱溫峰出現(xiàn)時(shí)間。二是精心設(shè)計(jì)，調(diào)整混凝土的骨料粒徑和級配，如盡可能采用大的粗骨料，細(xì)骨料宜采取中砂，，并保持連續(xù)級配。骨料的粒經(jīng)大，骨料的空障率和表面積越小，混凝土水泥漿及水泥用量就越小，細(xì)骨料選用中粗砂，在保證混凝土強(qiáng)度及流動(dòng)條件下，全量節(jié)省水泥，降低混凝土熱溫升。三是外加劑宜用緩凝劑，減收劑，采用緩凝劑，減收劑有利于抑制水泥水化作用，可降低溫升，有利于防止裂縫產(chǎn)生，同時(shí)可以延遲水化熱釋放速度，降低熱峰。
?。ǘ┖侠韺囟冗M(jìn)行控制。對大體積混凝土主要控制入模溫度，最高溫度和養(yǎng)護(hù)溫度。一是對大體積混凝土入模溫度的控制取決于各種原材料的初始濕度，主要方法是施工時(shí)要適當(dāng)加冷水拌合、骨料、水泥。選用外界氣溫較低時(shí)澆筑混凝土。二是最高溫度控制。在混凝土內(nèi)預(yù)埋水管，利用冷卻水管內(nèi)水的流通制冷來帶走和吸收混凝土內(nèi)部積聚的水泥水化熱，消減澆筑層水化熱的溫升。三是養(yǎng)護(hù)溫度的控制。大體積混凝土的裂縫，特別是表面裂縫，主要是由于混凝土中產(chǎn)生的溫度梯度產(chǎn)生的。為了使大體積混凝土的內(nèi)外溫差降低，可采用保溫法，使混凝土內(nèi)外溫差不宜過大，常 的方法和保溫材料有模板、草袋、溫砂、鋸末等要采用表面及四周保溫措施，而且時(shí)間不少于28天。
（三）采用分層、分段、分縫澆筑，大體積混凝土澆筑方案應(yīng)根據(jù)整體連續(xù)性澆筑的要求，結(jié)構(gòu)物的整體大小，鋼筋疏密，混凝土運(yùn)輸供應(yīng)條件等具體情況確定。一是分面、分層澆筑，做到第一層全面澆筑完畢后，在第一層混凝土還未初凝時(shí)在開始澆筑第二層，如此逐層進(jìn)行，直至澆筑完成。這種施工方案適用于結(jié)構(gòu)物厚度和體積大的工程，澆筑時(shí)宜從結(jié)構(gòu)物的短邊開始，沿長邊推進(jìn)。二是分段分層澆筑，混凝土澆筑時(shí)，可分為兩段，從中間向兩段或從兩端向中間同時(shí)推進(jìn)，這種方案適用于結(jié)構(gòu)物厚度不大，而長度較長的大體積混泥土工程。
?。ㄋ模┎捎孟冗M(jìn)的施工工藝，合理組織施工。在加強(qiáng)混凝土質(zhì)量控制的同時(shí)，應(yīng)積極推廣新技術(shù)、新材料和新工藝的應(yīng)用。同時(shí)還要在施工過程中針對施工現(xiàn)場情況，周圍環(huán)境，天氣氣溫及變化情況，精心安排混凝土一天時(shí)間中最有利的施工時(shí)間，并總結(jié)應(yīng)用降溫和保濕方法，從材料質(zhì)量、施工技術(shù)，環(huán)境等方面采取措施，綜合治理，控制大體積混凝土裂縫，使結(jié)構(gòu)工程、經(jīng)濟(jì)、合理、安全、實(shí)用、可靠。
對于混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，為此需要精心設(shè)計(jì)、施工，掌握住它的基本知識(shí)，并根據(jù)實(shí)際采取有較措施，會(huì)使施工質(zhì)量得到很好的保證。以上各項(xiàng)技術(shù)措施并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的，設(shè)計(jì)和施工中必須結(jié)合實(shí)際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理，完全控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發(fā)生。
參考文獻(xiàn)：
[1]古偉明，談如何調(diào)節(jié)土的壓實(shí)[J].山西建筑,2007,3
[2]汪軍，大體積混凝土施工中的溫度裂縫控制對策[J]，北京出版社，2006，11
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）
關(guān)鍵詞:大體積混凝土；溫度裂縫；產(chǎn)生原因；控制對策
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家綜合實(shí)力的壯大，以及工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展需要，一些大型混凝土結(jié)構(gòu)物越來越多的呈現(xiàn)在了我們的祖國大地上，這些大型鋼筋混凝土在施工中的裂縫如果處理不好會(huì)嚴(yán)重影響工程質(zhì)量，造成許多經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境問題。開裂問題是在工程建設(shè)中帶有一定普遍性的技術(shù)問題，裂縫一旦形成，特別是基礎(chǔ)貫穿裂縫出現(xiàn)在重要的結(jié)構(gòu)部位，危害極大，它會(huì)降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，同時(shí)會(huì)可能危害到建筑物的安全使用。所以如何采取有效措施防止大體積混凝土的開裂，是一個(gè)值得關(guān)注的問題
大體積混凝土開裂后，其性能與原狀混凝土性能相差很大，尤其是對耐久性(滲透性)的影響更大，而混凝土滲透反過來又會(huì)加速和促使混凝土的進(jìn)一步惡化，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的長期安全和耐久運(yùn)行。大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)和施工組織都較復(fù)雜，施工時(shí)應(yīng)十分慎重，否則易出現(xiàn)質(zhì)量事故，造成不必要的損失。組織大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工，在模板、鋼筋和混凝土工程方面有許多技術(shù)問題要逐個(gè)解決。為此，筆者結(jié)合近幾年來在大體積混凝土施工中的一些淺薄的經(jīng)驗(yàn)和工程技術(shù)人員交流。
一、大體積混凝土的特點(diǎn)
混凝土結(jié)構(gòu)以其材料廉價(jià)物美、施工方便、承載力大、可裝飾強(qiáng)的特點(diǎn)，日益受到人們的歡迎，于是大體積混凝土逐漸成為構(gòu)成大型設(shè)施或構(gòu)筑物主體的重要組成部分。所謂大體積混凝土，一般理解為尺寸較大的混凝土。大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)中實(shí)體最小尺度大于或等于1m3部位所用的混凝土。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)厚實(shí)，混凝土量大，工程條件復(fù)雜（一般都是地下現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)），施工技術(shù)要求高，水泥水化熱較大（預(yù)計(jì)超過25度），易使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度變形。大體混凝土除了最小斷面和內(nèi)外溫度有一定的規(guī)定外，對平面尺寸也有一定限制。因?yàn)槠矫娉叽邕^大，約束作用所產(chǎn)生的溫度力也愈大，如采取控制溫度措施不當(dāng)，溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值時(shí)，則易產(chǎn)生裂縫。
二、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計(jì)算中的主要應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。
大體積混凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。一方面溫度變化引起的應(yīng)力和應(yīng)變；另一方面是混凝土自身的強(qiáng)度和抵抗變形的能力?；炷翜囟茸兓a(chǎn)生的變形受到混凝土內(nèi)部或外部的約束后，將會(huì)產(chǎn)生很大的壓力，一旦溫度應(yīng)力超過混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫。水泥在水化過程中要發(fā)出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)物一般斷層較厚，水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不易散失。通過平常施工中的測試和試驗(yàn)對比，水泥水化熱產(chǎn)生的溫度，在水利工程中一般為15℃－25℃，而在建筑橋梁工程中一般為20℃－30℃，由于混凝土的導(dǎo)熱性能較差，澆筑初期混凝土的強(qiáng)度和和彈性模型量都很低，對水化熱引起的及聚溫度約束也就愈來愈大，以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。在大體積混凝土施工中，一定要考慮溫度應(yīng)力的影響，并設(shè)法降低混凝土內(nèi)部的最高溫度，減小其內(nèi)外溫差。
其實(shí)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，其影響因素還包括水泥品種、用量、摻合料、化學(xué)添加劑，施工工藝，環(huán)境溫度，骨料溫度，養(yǎng)護(hù)條件等等。
三、大體積混凝土，溫度裂縫的控制對策
大量的研究表明，大體積混凝土結(jié)構(gòu)物中的溫度裂縫是不可避免的，重要的是采用合理的措施來防治和控制裂縫產(chǎn)生和發(fā)展，防止大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫主要從兩個(gè)方面注意控制：一方面應(yīng)從控制溫度，改善約束力方面控制，即以減小溫度應(yīng)力著手；另一方面應(yīng)盡可能設(shè)法提高混凝土抗裂能力，改善混凝土自身性能，但這些措施不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約，必須結(jié)合實(shí)施現(xiàn)場實(shí)際情況，全面考慮，合理利用，綜合控制大體積混凝土溫度裂縫。
?。ㄒ唬┖侠磉x擇原材料，優(yōu)化混凝土的配合化。選擇混凝土原材料，優(yōu)化混凝土配合比的目的就是讓混凝土具有較強(qiáng)的抗裂能力，具體來說就是要求混凝土的絕對水化熱溫升較小，抗拉強(qiáng)度較大，極限拉伸變形能力較大，熱強(qiáng)比較小，自生體積變形最好是微膨脹，至少是低收縮。根據(jù)工程試驗(yàn)施工中的國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，大體積混凝土所用材料應(yīng)符合下列要求：一是水泥品種及數(shù)量要求，水泥應(yīng)選用水化熱低，凝結(jié)時(shí)間較長的建筑水泥，優(yōu)先選用中熱性能的硅酸水和低熱礦渣水泥，同時(shí)還要適當(dāng)降低水泥的用量，摻加一些混合料，例如粉煤灰和減水劑等，以便進(jìn)一步綜合降低水化熱，推遲其水化熱溫峰出現(xiàn)時(shí)間。二是精心設(shè)計(jì)，調(diào)整混凝土的骨料粒徑和級配，如盡可能采用大的粗骨料，細(xì)骨料宜采取中砂，，并保持連續(xù)級配。骨料的粒經(jīng)大，骨料的空障率和表面積越小，混凝土水泥漿及水泥用量就越小，細(xì)骨料選用中粗砂，在保證混凝土強(qiáng)度及流動(dòng)條件下，全量節(jié)省水泥，降低混凝土熱溫升。三是外加劑宜用緩凝劑，減收劑，采用緩凝劑，減收劑有利于抑制水泥水化作用，可降低溫升，有利于防止裂縫產(chǎn)生，同時(shí)可以延遲水化熱釋放速度，降低熱峰。
?。ǘ┖侠韺囟冗M(jìn)行控制。對大體積混凝土主要控制入模溫度，最高溫度和養(yǎng)護(hù)溫度。一是對大體積混凝土入模溫度的控制取決于各種原材料的初始濕度，主要方法是施工時(shí)要適當(dāng)加冷水拌合、骨料、水泥。選用外界氣溫較低時(shí)澆筑混凝土。二是最高溫度控制。在混凝土內(nèi)預(yù)埋水管，利用冷卻水管內(nèi)水的流通制冷來帶走和吸收混凝土內(nèi)部積聚的水泥水化熱，消減澆筑層水化熱的溫升。三是養(yǎng)護(hù)溫度的控制。大體積混凝土的裂縫，特別是表面裂縫，主要是由于混凝土中產(chǎn)生的溫度梯度產(chǎn)生的。為了使大體積混凝土的內(nèi)外溫差降低，可采用保溫法，使混凝土內(nèi)外溫差不宜過大，常 的方法和保溫材料有模板、草袋、溫砂、鋸末等要采用表面及四周保溫措施，而且時(shí)間不少于28天。
（三）采用分層、分段、分縫澆筑，大體積混凝土澆筑方案應(yīng)根據(jù)整體連續(xù)性澆筑的要求，結(jié)構(gòu)物的整體大小，鋼筋疏密，混凝土運(yùn)輸供應(yīng)條件等具體情況確定。一是分面、分層澆筑，做到第一層全面澆筑完畢后，在第一層混凝土還未初凝時(shí)在開始澆筑第二層，如此逐層進(jìn)行，直至澆筑完成。這種施工方案適用于結(jié)構(gòu)物厚度和體積大的工程，澆筑時(shí)宜從結(jié)構(gòu)物的短邊開始，沿長邊推進(jìn)。二是分段分層澆筑，混凝土澆筑時(shí)，可分為兩段，從中間向兩段或從兩端向中間同時(shí)推進(jìn)，這種方案適用于結(jié)構(gòu)物厚度不大，而長度較長的大體積混泥土工程。
?。ㄋ模┎捎孟冗M(jìn)的施工工藝，合理組織施工。在加強(qiáng)混凝土質(zhì)量控制的同時(shí)，應(yīng)積極推廣新技術(shù)、新材料和新工藝的應(yīng)用。同時(shí)還要在施工過程中針對施工現(xiàn)場情況，周圍環(huán)境，天氣氣溫及變化情況，精心安排混凝土一天時(shí)間中最有利的施工時(shí)間，并總結(jié)應(yīng)用降溫和保濕方法，從材料質(zhì)量、施工技術(shù)，環(huán)境等方面采取措施，綜合治理，控制大體積混凝土裂縫，使結(jié)構(gòu)工程、經(jīng)濟(jì)、合理、安全、實(shí)用、可靠。
對于混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，為此需要精心設(shè)計(jì)、施工，掌握住它的基本知識(shí)，并根據(jù)實(shí)際采取有較措施，會(huì)使施工質(zhì)量得到很好的保證。以上各項(xiàng)技術(shù)措施并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的，設(shè)計(jì)和施工中必須結(jié)合實(shí)際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理，完全控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發(fā)生。
參考文獻(xiàn)：
[1]古偉明，談如何調(diào)節(jié)土的壓實(shí)[J].山西建筑,2007,3
[2]汪軍，大體積混凝土施工中的溫度裂縫控制對策[J]，北京出版社，2006，11
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