大体积混凝土论文.doc

大体积混凝土裂缝控制技术措施
摘要: 近年来建筑施工技术飞速发展，混凝土体积由几百立方米逐渐增大到几万立方米，因此，对于大体积混凝土施工提出了更高的要求。由于其体积大，表面小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生
温度裂缝，影响结构安全和正常使用，所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。
关键词: 大体积混凝土；裂缝
1. 前言
改革开放以来，随着我国经济的迅猛发展，我国的建筑业也取得了辉煌的成就，出现高层、超高层、特殊功能的构筑物及大型设备基础等体积庞大结构。大体积混凝土大量用于工业与民用建筑中，在取得了一些辉煌成就的同时，也有着一些施工方面的问题，其中，混凝土的裂缝是常见的质量事故之一。大量的工程实践表明，大体积混凝土施工阶段如不采取合理的技术措施，就极容易出现因裂缝所引起的工程事故。
2. 大体积混凝土的概念
大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m以上的砼结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同，但其实质的区别是由于混凝土中水泥水化要产生热量，大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。因此判断是否属于大体积混凝土既要考虑厚度这一因素，又要考虑水泥品种强度等级、每立方米水泥用量等因素，比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别，一般来说，当其差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度，不会造成混凝土的开裂，当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度，造成混凝土的开裂，此时就可判定该混凝土属大体积混凝土。
3. 大体积混凝土施工实践中易出现的问题
大体积混凝土由于截面大，水泥用量大，当混凝土浇筑完毕，由于水化热的影响，使混凝土内部最高温度3～5d 达到峰值，此时若混凝土内部最高温度与外界气温之差超过25℃，在升温阶段和降温阶段，容易发生表面裂缝和收缩裂缝。大体积混凝土的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。
3.1混凝土表面裂缝
混凝土浇筑初期升温阶段，若外表温度较低，内部温度持续升高，则混凝土一旦初凝以后，内部混凝土升温膨胀，就会造成大体积混凝土的表面开裂，而这种开裂常常会被误认为是混凝土表面的池水、养护不好造成的龟裂。
3.2混凝土深层裂缝及贯穿裂缝
大体积混凝土浇筑初期，混凝土处于升温阶段及塑性状态，弹性模量很小，变形变化所引起的应力很小，故温度应力一般可忽略不计。混凝土浇筑后数日，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上由于混凝土中多余水分蒸发、碳化等引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束，不能自由变形，导致产生温度应力（拉应力），当该温度应力超过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂形成温度裂缝。如果该温度应力足够大，严重时可能产生贯穿裂缝，破坏了结构的整体性、耐久性和防水性，影响正常使用。贯穿性裂缝切断了结构断面，破坏结构整体性、稳定性和耐久性等，危害严重。深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性。表面裂缝虽然不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱且易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展。
4. 大体积混凝土的施工措施和方法
4.1大体积混凝土的原材料和配合比
4.1.1水泥
为控制大体积混凝土的内部最高温度，宜优先选用选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等水泥。但是，水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大，在浇筑层表面有大量水析出。这种泌水现象，不仅影响施工速度，同时影响施工质量。因析出的水聚集在上下两浇筑层表面间，使混凝土水灰比改变，而在掏水时又带走了一些砂浆，这样便形成了一层含水量多的夹层，破坏了混凝土的粘结力和整体性。混凝土泌水性的大小与用水量有关，用水量多，泌水性大；且与温度高低有关，水完全析出的时间随温度的提高而缩短；此外，还与水泥的成分和细度有关。所以，在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种，并应在混凝土中掺入减水剂，以降低用水量。在施工中，应及时排出析水或拌制一些干硬性混凝土均匀浇筑在析水处，用振捣器振实后，再继续浇筑上一层混凝土。与此同时，掺加必要的混凝土掺合材料，延缓混凝土终凝时间。尽可能减少水泥用量，必要时要增大粉煤灰的渗和量（但不能超过规范要求），使混凝土达到设计强度以及和易性的要求。
4.1.2 粗骨料
应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料，并强调骨料的连续级配（条件许可时、应尽可能使用粒径大的骨科）。因为一方面骨料本身的强度就远大于水泥胶体，另一方面，采用连续级配的骨料，可以提高骨料在混凝土中的所占体积，能大幅度降低水泥用量，从而间接地降低水化热。采用的碎石，粒径5～25mm，含泥量不大于1。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥化热减少，降低混凝土温升。
4.1.3 细骨料
采用中砂，平均粒径大于0.5mm，含泥量不大于5。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。
4.1.4 粉煤灰
由于混凝土的浇筑方式多为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰。按照规范要求，采用矿渣硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时，其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。粉煤灰对水化热、改善混凝土和易性有利，但掺加粉煤灰的混凝土早期极限抗拉值均有所降低，对混凝土抗渗抗裂不利，因此粉煤灰的掺量控制在10 以内，采用外掺法，即不减少配合比中的水泥用量。按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量。
4.1.5 外加剂和配合比的选择
大量工程实践表明，△t 在20～25℃以下时，才能保证混凝土不开裂。而实际上，要使混凝土内外温差△t 真正小于20～25℃是非常困难的，因此要解决这一问题，就必须在选择适当的外加剂和配合比方面给予考虑、诸如选择掺加适量的减水剂、膨胀剂、粉煤灰等等。混凝土一般由搅拌站供应，搅拌站要根据实验施工设计配合比和现场提出的技术要求，提前做好混凝土试配。并严格按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关技术规范。
4.2施工方法
4.2.1 合理分层分段浇筑
大体积混凝土的浇筑顺序应满足水平分层接缝时间的要求，确定浇筑顺序的基本原则是：保证所浇捣的混凝土没有冷缝，即混凝土先后浇筑层间隔时间不超过混凝土初凝时间。混凝土浇筑可根据面积大小和混凝土供应能力采取全面分层、分段分层或斜面分层连续浇筑。全面分层适用于基础长度和深度都不是很大的情况。分段分层适用于基础长度较大而深度不大的情况。斜面分层适用于基础长度不大，但是深度较大的基础。分层的厚度为300～500mm且不大于震动棒长1.25 倍。分段分层多采取踏步式分层推进，一般踏步宽为1.5～2.5m。斜面分层浇灌每层厚度30～35cm，坡度一般取1：6～1：7。为减少大体积混凝土浇筑的蓄热量，减少水化热的积聚，减小温度应力，大体积混凝土的浇筑大多采取斜面分层连续浇筑，每层厚度控制在300mm。
4.2.2 改进混凝土的振动工艺
对已浇筑的混凝土，在终凝前进行二次振动，可排除混凝土因泌水，在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。浇捣时，振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。
4.2.3 改进混凝土的搅拌工艺
现在混凝土多为商品混凝土，混凝土的搅拌在搅拌站进行，原材料计量准确，搅拌均匀。对大体积混凝土的搅拌，要求混凝土搅拌站采用低温井水拌制混凝土，骨科放置在遮阳篷中，避免阳光直晒；采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石工艺，可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上，使硬化后界面过渡层结构致密、粘结力增大，从而提高混凝土强度10%或节约水泥5%，并进一步减少水化热和裂缝；混凝土搅拌时间比普通混凝土延长30s，确保搅拌均匀。
4.2.4 降低混凝土的出机温度和浇筑温度
混凝土的温度升降速度及其内外温差是决定混凝土是否开裂的关键因素，所以做好施工过程中的温度控制至关重要。
（1）降低混凝土的出站温度
在搅拌站内的搅拌筒上搭设遮阳棚；在混凝土拌合用水的水池中加冰块降温；堆高砂、石骨料，从砂堆、石堆底层取料；提前1d 用水喷淋石子降温；有效地降低了混凝土的出站温度。
（2）降低混凝土的浇注温度
为降低混凝土浇注温度，采取浇注前对钢筋、模板表面洒水降温；避免模板和新浇注混凝土受阳光直射；尽量利用气温较低的傍晚和晚上进行浇注等措施。
（3）加快运输和入仓速度
浇注过程中加快运输和入仓速度，减少混凝土在运输和浇注过程中的温度回升。除此之外，搅拌运输车罐体、泵送管道保温、冷却也是必要的措施。
42.5 严格混凝土浇注质量控制
为确保大体积混凝土施工质量，提高混凝土的均匀性和抗裂能力，必须加强对混凝土浇注过程的质量控制。
（1）合理安排混凝土的浇注方法
根据浇注后混凝土的强度增长情况和初凝时间，混凝土的浇注采用分层连续浇注分层振捣的办法，每层浇注厚度约为300mm。
（2）保证混凝土振捣密实
为提高混凝土的密实度，采用二次振捣的回振方法，对于在浇注过程中出现的泌水及时排除。
（3）加强施工现场管理，合理组织施工
为保证混凝土的浇注质量，施工前进行了详细的施工技术交底，现场施工按部位落实到责任人，施工管理人员、操作人员分三班轮流施工，严格交接班制度，确保了施工的高效、高质
4.2.6 混凝土的降温和保温工作
对于厚大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施，避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。
4.3裂缝处理方法
一般的裂缝处理方法有：
①表面修补：常用的方法有压实抹平，涂抹环氧胶粘剂，喷涂水泥砂浆或细石混凝土，压抹环氧胶泥，环氧树脂粘贴玻璃丝布，增加整体面层，钢锚栓缝合等。此方法仅适用于危害较小的表面缝的裂缝处理工作；
②局部修复法：常用的方法有充填法，预应力法，部分凿除重新浇筑混凝土等。此方法宜适用于危害较小的表面缝的裂缝处理工作；
③水泥压力灌浆法：可灌入缝宽大于0.5mm 的裂缝。此方法适用于危害较大的深层和贯穿缝缝的裂缝处理工作；
④化学灌浆法：可灌入缝宽大于0.05mm的裂缝。此方法适用于危害较大的深层和贯穿缝缝的裂缝处理工作，同时，也是最为常见的处理贯穿缝的方法之一；
⑤减小结构内力：常用的方法有卸载或控制荷载，设置卸载结构，增设支点或支撑，改简支梁为连续梁等；
⑥结构补强：常用的方法有增加钢筋，加厚板，外包钢筋混凝土，外包钢，粘贴钢板，预应力补强体系等；
⑦改变结构方案，加强整体刚度：例如：框架裂缝采用增设隔板深梁处理；
⑧其他方法：常用方法有拆除重做，改善结构使用条件，通过实验或分析论证不处理等。不同原理的混凝土裂缝修复技术一般仅使用一定成因的混凝土裂缝，且需要一定的条件，因此裂缝处理方法采用时应有一定的选择性，应根据实际情况合理进行选择。
5. 结语
大体积混凝土结构的施工技术与措施直接关系到混凝土结构的使用性能，若不能很好的了解大体积混凝土结构开裂的原因以及掌握应对此类问题所采取的相应施工措施，那么实际生产当中就很难保证施工质量。伴随着我国国民经济的不断发展，各种基础设施的不断完善，在高速公路领域、在桥梁建设领域、在机场和港口建设领域、在核电站、钻井平台领域到高层、超高层建筑、地下工程领域大体积混凝土越来越多的被应用到人们的实际生活中，随之而来的就是要严格把好大体积混凝土施工的质量关，以确保混凝土的耐久性和安全性。此外，更应积极的加大对大体积混凝土外加剂、掺和料的研发工作，最大程度的弥补大体积混凝土施工工艺的不足之处，尽最大可能的提高大体积混凝土的结构安全使用寿命，以期达到造福于民的目的。以上是作者对大体积混凝土施工技术的一些拙见，希望能对工程建设起到一些积极的作用，使得在大体积混凝土浇筑中出现的开裂问题能够进一步的解决。

依据标准及参考文献
[ 1 ] 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204—2002
[ 2 ] 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2002
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[ 5 ] 王顶堂，大体积混凝土裂缝控制技术应用研究[J]. 安徽建筑工业学院学报(自然科学版)， 2008（06）
[ 6 ] 戴新明，大体积混凝土裂缝成因与防治措施[J]，山西建筑，2006（07）