大体积混凝土结构裂缝的控制技术研究

大体积混凝土结构裂缝的控制技术研究本文介绍了大体积混凝土裂缝的成因及两个工程项目采取的有效防裂措施，取得了良好的效果。1前言随着***建设广东省第三大城市的深入发展，近年我市大型现代化技术设施或高层建筑不断增多，而工业建筑中的大型设备基础、高层建筑基础常常采用大体积混凝土结构。大体积混凝土，是指混凝土实体最小尺寸≥1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。大体积混凝土施工时遇到的普遍问题是温度裂缝，由于混凝土的体积大，聚集的水化热大，在混凝土内外散热不均匀以及受到内外约束的情况时，混凝土内部会产生较大的温度应力，导致裂缝产生，影响工程质量。防止裂缝的发生，是大体积混凝土施工技术的重点和难点，必须采取切实有效的技术措施。2大体积混凝土易裂的原因2.1水化温升高，体积变化大混凝土体积越大，水泥总用量相对大，水泥水化产生的热量越不易散发，温升越高，引起的体积变化也越大。大体积混凝土浇注后，内部温度远较外部高，形成较高的温差，造成内涨外缩，使构件表面产生很大拉应力以至开裂。2.2受约束，产生拉应力不受约束的混凝土是不会产生内应力的，体积变化受约束才产生内应力。约束条件有两种，即外约束和内约束。外约束是指结构物的边界条件，一般指基础或其他外界因素对结构物的约束，水泥水化后期，散发热量大于放热量，构件温度降低，体积收缩，受边界条件约束，产生拉应力。如现在比较常见的地下室桶式结构、剪力墙结构受基础约束明显。内约束是由于内部水泥水化热不易散发，表面则易于散发，内部体积膨胀，表面则体积收缩（特别是遇气温骤降或过水），受内部约束，产生拉应力。2.3抗拉能力低混凝土是脆性材料，抗压能力较高，抗拉能力较低。抗拉强度仅为抗压强度的1/10左右；极限拉伸也很小，通常不足1×10－4。大体积混凝土温度变形受约束时产生的拉应变（或拉应力）很容易超过极限拉伸（或抗拉强度）而产生裂缝。以上三方面同时存在，并达到相当程度必然会发生裂缝。缺少其中一个，或其中一个没有达到相当程度，裂缝可能不会发生。大体积混凝土裂缝产生的最根本原因是水化温升的引起的体积变化。3大体积混凝土防裂的措施分析大体积混凝土裂缝的成因和工程实践表明：控制水化热；改变约束条件；提高混凝土极限拉伸能力等措施都能有效防止裂缝的形成。但是改变约束条件和提高混凝土极限拉伸能力通常较为困难，只能通过控制水化热来降低内外温差，从而解决大体积混凝土的防裂问题，所以规范要求混凝土内外温差小于25℃3.1原材料选择及配合比设计（1）水泥不同品种水泥水化所释放的热量各异，大体积混凝土宜选用水化热低、凝结时间长的水泥。在满足混凝土和易性、力学性能和耐久性的条件下，尽量使水泥用量降低至最小限度。从文献资料得知，1m3混凝土中的水泥用量每减少10kg，混凝土内部温度可降低1℃（2）活性掺合材料在大体积混凝土中掺加活性掺合材料，既可以相应减少水泥用量，又可以降低混凝土水化温升。目前在南方地区粉煤灰是最理想的活性掺合材料。掺加粉煤灰能大幅度降低混凝土的水化热。粉煤灰火山灰反应进展比较迟缓，发热的速率较低。试验数据表明，用粉煤灰取代20%的水泥，可使7d内的水化热下降11%，取代30%的水泥时下降25%。温升峰值显著降低，出现峰值时间也向后推迟；粉煤灰中含有大量球型玻璃体颗粒，内部结构致密，几乎没有裂隙，内比表面积较小，吸附水的能力较低，因而使混凝土的干缩性减小，抗裂性提高。（3）外加剂大体积混凝土宜选用高效缓凝型减水剂。外加剂的缓凝作用可使水泥水化放热速率减慢，有利于热量消散，能使混凝土内部温升降低。高效缓凝型减水剂还具有一定的引气作用。混凝土中引入一定量的微小的封闭气泡，能有效地减小骨料间的摩阻力，使混凝土拌合物的和易性和硬化混凝土内部的孔结构得到改善，也利于提高混凝土的抗渗性和抗冻性等耐久指标。高效减水作用能大幅度减少混凝土用水量，保持水灰比不变，可大幅度减少混凝土中的水泥用量，亦即降低总的水化热。另外，在大体积混凝土中也可采用膨胀剂来控制裂缝的产生，膨胀剂具有膨胀效应，它不但可补偿混凝土的收缩，而且能降低混凝土的整体温度。但是膨胀剂的成本较高且质量参差不齐，应通过试验慎重选用。总之，在设计大体积混凝土配合比时，必须寻找一切可能的方法，以减少用水量，相应地减少水泥用量，从而降低混凝土硬化过程中总的水化总热量。掺加活性掺合材料，使用高效缓凝型减水剂都是有效的措施，另外选用尽可能大尺寸的粗骨料、级配良好的中粗砂及合理的砂率，既可降低水化热又可抑制混凝土的变形。3.2大体积混凝土的施工工艺（1）分块分层浇筑混凝土，有利于错开拌合物内各层的水化时刻，分散混凝土的放热峰值。一般在第一层混凝土还未初凝时，浇注上一层。（2）在振捣上一层时，振动棒应插入下一层50～100mm，以消除两层之间的接缝，振动时间不宜过长，防止石子下沉造成混凝土结构不均匀。（3）在浇筑完毕到混凝土初凝之前，粗抹面一次，混凝土接近终凝时，应用木模第二次抹光，消除混凝土表面的龟裂裂纹。（4）采取措施控制浇筑温度，如拌和用水以碎冰形式加进混凝土拌合物中，使新拌混凝土的温度被限制在6℃（5）必要时可以预埋冷却水管，用循环水进行人工导热，以降低混凝土的内部温度。3.3大体积混凝土的养护和测温当表面混凝土接近冷却时，表面和内部的温差就会产生温度梯度，从而产生超过未成熟混凝土抗拉强度的拉应力，使混凝土开裂。因此混凝土的养护保温工作非常重要，通常是在混凝土表面覆盖麻袋、塑料薄膜、棉被等保温材料；有时也可在混凝土终凝后，在混凝土表面蓄上一定高度的水，由于水的导热系数为0.58W/(m·K)，因而有一定的隔热保温效果。在大体积混凝土不同深度处预埋测温元件，可以随时掌握混凝土内部与表面温差及大气温度变化情况，当温差超过25℃4工程实例（1）佛山市****医院医疗综合楼占地面积约1万m2，地下室底板混凝土强度等级为C35P8，主楼底板厚950mm，承台厚3000mm；裙楼底板厚550mm，承台厚1800mm；电梯井最厚处达4450mm，底板设六条后浇带，分成六个浇筑区段，每个区段约需砼2000～3000m3，泵送施工，环境温度18℃～28℃，由我司供应预拌混凝土。采用韶峰牌42.5普通硅酸盐水泥，Ⅱ分层浇筑，现场测得混凝土初凝时间为13小时，终凝时间为24小时，满足了分层浇筑及抹面的要求。混凝土终凝后，立即覆盖一层塑料薄膜及两层麻袋，较厚承台处加盖一层薄膜、一层麻袋，最厚4450mm电梯井处再加盖一层棉被。选取有代表的承台为测温区，用电子测温仪测试混凝土的内外温差。测试结果表明，混凝土在3d～5d龄期出现温升峰值，内部最高温度为71℃，内外温差均在25从检测的结果可以看出，混凝土的质量完全达到设计要求；该工程完成至今已超过两年未发现任何裂缝。（2）佛山市*****工程分馏塔基础截面尺寸为10m×16m，厚度为3m，一次性泵送浇筑混凝土量约480m3，混凝土强度等级为C30，抗渗等级为P12，抗冻等级F100。采用韶峰牌42.5普通硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰、UEA膨胀剂和柯杰牌KJ－70AL型外加剂，设计配合比如表3所示。配合比抗渗和抗冻试验结果均超过设计要求。因为该基础面积不大，混凝土养护采取蓄水保温，蓄水深度100m