師元

（泉州市巨峰混凝土有限責(zé)任公司，福建 泉州 362122）

0 前言

大體積混凝土指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸大于等于 1m 的大體量混凝土。大體積混凝土由于體積大，水化產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)，當(dāng)混凝土內(nèi)外差溫過(guò)大，產(chǎn)生的應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重影響建筑整體結(jié)構(gòu)安全性與使用壽命。本文主要從施工環(huán)節(jié)討論如何控制大體積混凝土，預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生。以期能夠提高工程項(xiàng)目整體施工質(zhì)量。

1 大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因

大體積混凝土施工中容易產(chǎn)生裂縫，引發(fā)裂縫產(chǎn)生的主要因素可總結(jié)歸納為以下幾點(diǎn)：

1.1 水泥水化熱集中

大體積混凝土在水泥水化過(guò)程中會(huì)釋放出大量水化熱，由于且混凝土是熱的不良導(dǎo)體因此其內(nèi)部升溫幅度較大，在溫度達(dá)到峰值后，內(nèi)部降溫速度又比表層慢得多，這就與外部形成較大的溫度差，進(jìn)而引發(fā)很大的拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過(guò)混凝土所能承受的拉力極限值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

1.2 外界氣溫變化

外界氣溫對(duì)于大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生影響較大。例如在較為寒冷的冬季，大體積混凝土施工環(huán)境溫度相對(duì)偏低，混凝土澆筑施工此時(shí)就會(huì)受到內(nèi)外溫差較大影響。再加之大體積混凝土施工整體面積較大，所以混凝土內(nèi)部溫度與外界溫度會(huì)產(chǎn)生較大差異，對(duì)于施工溫度裂縫影響相當(dāng)明顯，最終容易產(chǎn)生混凝土表面裂縫或貫穿性裂縫。

1.3 混凝土收縮變形

若大體積混凝土中的水分較多，這導(dǎo)致混凝土整體體積嚴(yán)重收縮。比如說(shuō)在相對(duì)干燥的氣候環(huán)境中，水分快速蒸發(fā)，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)快速收縮，如此也會(huì)產(chǎn)生某些不規(guī)則的溫度裂縫。

當(dāng)然，大體積混凝土施工后養(yǎng)護(hù)工作操作不到位也會(huì)導(dǎo)致溫度裂縫問(wèn)題產(chǎn)生。在混凝土施工結(jié)束后，如果不能做到第一時(shí)間對(duì)混凝土進(jìn)行薄膜覆蓋與保濕處理，就會(huì)導(dǎo)致混凝土受到外界溫度影響而收縮嚴(yán)重。比如說(shuō)在相對(duì)干燥、寒冷、強(qiáng)風(fēng)的天氣環(huán)境中，大體積混凝土水分流失相當(dāng)嚴(yán)重，大量溫度裂縫就會(huì)產(chǎn)生。

2 大體積混凝土的溫度監(jiān)測(cè)控制內(nèi)容

大體積混凝土的溫度監(jiān)測(cè)控制內(nèi)容較多，其中主要包括了混凝土的出機(jī)溫度、澆注環(huán)境溫度以及對(duì)大體積混凝土溫度參數(shù)進(jìn)行控制。

2.1 出機(jī)溫度、澆注溫度

主要從混凝土拌和階段到最終養(yǎng)護(hù)階段做好溫控，對(duì)出機(jī)、澆筑溫度進(jìn)行有效控制，確?；炷寥肽囟瓤刂圃?30℃ 以?xún)?nèi)，同時(shí)混凝土澆筑體入模溫度基礎(chǔ)溫升值控制在 50℃ 以?xún)?nèi)。

2.2 大體積混凝土內(nèi)部溫控

需要掌握大體積混凝土的溫升與降溫變化，了解各種材料在各種各樣條件下的溫度影響，避免大體積混凝土澆筑后由于溫度變形而引發(fā)的溫度裂縫。對(duì)混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)控制。就以大體積混凝土振搗完成后施工，需要將混凝土內(nèi) 50～100mm 深處溫度控制在 28℃ 左右。在混凝土表面溫度與混凝土中心溫度差值，確保溫度控制在 25℃ 范圍內(nèi)[1]。

3 大體積混凝土溫度裂縫控制方法研究

控制大體積混凝土裂縫關(guān)鍵在于使混凝土的抗拉強(qiáng)度大于各類(lèi)引發(fā)開(kāi)裂的應(yīng)力?；炷敛婚_(kāi)裂的條件為：

其中：

R’——混凝土的抗拉強(qiáng)度；

σmax——各類(lèi)因素引起的應(yīng)力。

混凝土的溫度應(yīng)力與水泥水化熱、混凝土澆筑溫度與混凝土表面溫度有關(guān)。增加對(duì)混凝土配合比工作的關(guān)注度，在提高混凝土拌合物性能的基礎(chǔ)上，優(yōu)化配合比，采取適當(dāng)?shù)幕炷琉B(yǎng)護(hù)措施可以控制溫度應(yīng)力，可達(dá)到解決混凝土裂縫問(wèn)題的目的。

3.1 科學(xué)的選擇結(jié)構(gòu)方式

在大體積混凝土施工中除應(yīng)該清楚生產(chǎn)工藝與設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)容，還需要在工作中滿(mǎn)足技術(shù)成立與構(gòu)造方面的要求，同時(shí)清楚泵送混凝土、非泵送混凝土澆筑、分層澆筑等混凝土施工方法，在工作過(guò)程中掌握導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)應(yīng)力的因素，增加對(duì)水泥水化熱的控制力度，合理的配置混凝土的拉伸值，保證鋼筋的間距與直徑等參數(shù)達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，從而可以提高混凝土的抗裂能力。為了控制大體積混凝土澆筑塊的溫度值，在工作中會(huì)通過(guò)降低地基約束，控制混凝土裂縫。降低混凝土澆筑塊溫度，高度關(guān)注混凝土澆筑塊體溫度等方面內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上合理的選擇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、配筋強(qiáng)度等級(jí)、基礎(chǔ)底面滑動(dòng)等方面的工作參數(shù)，結(jié)合工作參數(shù)與建設(shè)要求，選擇結(jié)構(gòu)形式。比如為了防止墻板與墻板、墻板與底板等部位因應(yīng)力出現(xiàn)，導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂縫。應(yīng)該在薄弱區(qū)域進(jìn)行合理的控制，適當(dāng)?shù)奶岣呋炷翗O限拉伸值，在薄弱部位增大含筋量。

3.2 合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比

優(yōu)化混凝土配合比是控制大體積混凝土裂縫的有效方法，應(yīng)該關(guān)注混凝土原材料的選擇。在水泥等主要材料選擇時(shí)，應(yīng)該應(yīng)用低熱礦渣水泥，或者還可以在中熱硅酸鹽水泥中適當(dāng)?shù)脑黾臃勖夯?。通過(guò)此種方式不僅可以提高混凝土抗裂性能，還能使混凝土擁有良好的抗磨性、干縮小等特征。

外加劑是混凝土的重要組成部分，緩凝劑、早強(qiáng)劑均是常用的外加劑類(lèi)型，在使用過(guò)程中應(yīng)該清楚其具備增塑與減水的功能效用。同時(shí)需要在保證混凝土強(qiáng)度與坍落度不會(huì)出現(xiàn)大幅度波動(dòng)的前提下，可以少量的應(yīng)用外加劑，從而可以有效的控制水泥絕熱溫升，還可以達(dá)到節(jié)約水泥的作用。在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需要增加對(duì)砂石、骨料含泥量控制力度，并且在保證流動(dòng)條件與混凝土強(qiáng)度不低于規(guī)定要求的前提下，盡可能地控制水泥的使用量，從而可以預(yù)防水化熱集中的現(xiàn)象，還可以有效的降低混凝土絕熱溫升。以某市政工程為例，在大體積混凝土裂縫控制方面，選擇具有良好保溫性能的材料，摻合料選擇Ⅱ級(jí)粉煤灰，同時(shí)其需水量比嚴(yán)格限制在 95%～97% 的區(qū)間。

4 大體積混凝土施工中溫度裂縫的控制方法

大體積混凝土施工中對(duì)于溫度裂縫的控制方法相當(dāng)多元。泉州東站項(xiàng)目在大體積混凝土施工中就希望科學(xué)合理控制溫度裂縫問(wèn)題。該工程主航道橋總長(zhǎng) 1108m，主跨 648m，采用 60d 齡期 C30P12 混凝土，現(xiàn)場(chǎng)混凝土坍落度控制在 140mm±30mm，初凝時(shí)間控制在18～20h，大體各混凝土采用跳倉(cāng)法澆筑。并針對(duì)大體積混凝土施工中的溫度裂縫問(wèn)題進(jìn)行了嚴(yán)格控制：

4.1 選材合理

泉州東站項(xiàng)目中合理選材，主要選擇了低熱礦渣水泥和中熱硅酸鹽水泥，并且使用粉煤灰和外加劑來(lái)減少水泥用量，有效地減少了水泥水化熱的產(chǎn)生。

4.2 合理分層分塊澆筑

泉州東站項(xiàng)目在混凝土澆筑過(guò)程中采用分層分塊澆筑，對(duì)混凝土攪拌水溫進(jìn)行合理控制，最大限度減少水泥水化熱效應(yīng)。在分層分塊澆筑過(guò)程中，需要保證混凝土攪拌到位，將水溫控制在 4～13℃ 左右，即根據(jù)溫度分層分塊澆筑混凝土。而如果氣溫降到 10℃ 以下，則攪拌水溫應(yīng)該控制在 15～25℃左右，這些都為分層分塊澆筑施工順利開(kāi)展奠定了良好基礎(chǔ)。

4.3 降低澆筑溫度

為降低混凝土的澆筑溫度，在氣溫降到 10℃以下時(shí)，其攪拌水溫控制在 15～25℃ 左右。在實(shí)施混凝土保濕保溫工作過(guò)程中，需要降低混凝土內(nèi)外溫度差，做好混凝土保濕保溫工作，有效降低內(nèi)外溫度差。例如在冬季展開(kāi)大體積混凝土施工過(guò)程中，需要在完成澆筑以后結(jié)合表面覆蓋進(jìn)行保溫工作，最大限度減少混凝土內(nèi)外溫度差異，主要對(duì)混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)溫度不斷調(diào)整。其內(nèi)部溫度越高，養(yǎng)護(hù)溫度也就要相應(yīng)提升，確保大體積混凝土的整體內(nèi)外溫度差異控制在25℃ 以?xún)?nèi)。需要注意，在養(yǎng)護(hù)溫度變化速度控制過(guò)程中，需要將其溫度嚴(yán)控在 0.9～1.6℃/h[2]。

4.4 提高初期養(yǎng)護(hù)

泉州新東站項(xiàng)目針對(duì)筏板大體積混凝土進(jìn)行初期養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，需要設(shè)置科學(xué)拆模時(shí)間，有效減緩混凝土降溫速度與降溫時(shí)間，最大限度確?；炷翍?yīng)力松弛反應(yīng)（圖 1）。

圖 1 泉州東站項(xiàng)目地下室 80cm 筏板基礎(chǔ)混凝土表面拉應(yīng)力隨齡期變化曲線(xiàn)圖

泉州新東站項(xiàng)目針對(duì)筏板大體積混凝土在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中需要在施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)O(shè)置欄桿進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)避免人為對(duì)混凝土造成損害。在混凝土澆筑結(jié)束以后，需要進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土內(nèi)水分揮發(fā)，結(jié)合內(nèi)部水分自我保濕進(jìn)而二次抹光。混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間執(zhí)行嚴(yán)格遵守國(guó)家驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)長(zhǎng)≥14 天。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，如果大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過(guò) 14 天，其收縮變形率就會(huì)降低到 20% 以?xún)?nèi)，因此在該工程項(xiàng)目施工中充足的養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)減少混凝土裂縫是具有現(xiàn)實(shí)價(jià)值意義的[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

在大體積混凝土施工建設(shè)中需要采用到多種施工技術(shù)有效監(jiān)測(cè)、控制、規(guī)避溫度裂縫問(wèn)題產(chǎn)生，減少水化熱效應(yīng)，改良施工原材料成分、做好保濕保溫工作，最大限度抑制混凝土溫度裂縫問(wèn)題的產(chǎn)生。誠(chéng)如本文中對(duì)于泉州新東站項(xiàng)目進(jìn)行分析，就希望確保合理利用大體積混凝土施工技術(shù)，有效降低溫度裂縫病害發(fā)生可能性，提高泉州新東站項(xiàng)目項(xiàng)目整體建設(shè)水平，同時(shí)也為同類(lèi)大體積混凝土技術(shù)工程項(xiàng)目提供有價(jià)值技術(shù)性參考。