| 摘 要: 针对大体积混凝土的特点, 重新给出了大体积混凝土的概念, 分析了大体积混凝土温度裂缝产生的原因及影响因素, 提出了有效的控制措施。 关键词:大体积混凝土 温度裂缝 成因 控制措施 中图分类号: T U 3 7 文献标识码: A 我国国民经济的高速增长,带动了建筑业的快速、持续的发展。由于高层建筑、高耸结构物和大型设备基础大量的出现,大体积混凝土也被广泛采用,大体积混凝土结构的温度裂缝日益成为建筑工程技术人员面临的技术难题。本文从分析大体积混凝土温度裂缝产生的原因入手,试图找出影响裂缝大小的因素,总结出有价值的控制措施,供工程技术人员参考。 1 大体积混凝土的概念 什么是大体积混凝土？目前尚无统一定义。美国混凝土学会有过规定:“任何就地浇筑的大体积混凝土,其尺寸之大,必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大的限度减少开裂”。日本建筑学会(JASSS)标准的定义是:“结构断面最小尺寸在80cm 以上,同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土称之为大体积混凝土”。这些定义比较具体,也便于应用,但作为定义是不够严谨的。 ２ 大体积混凝土温度裂缝产生的原因及影响因素分析 大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝, 是其内部矛盾发展的结果。一方面是温度变化引起的应力和应变;另一方面是混凝土自身的强度和抵抗变形的能力,混凝土温度变化产生的变形受到混凝土内部或外部的约束后, 将产生很大的应力。一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉强度时,即会出现裂缝。水泥水化过程是大体积混凝土中的主要温度因素。水泥在水化过程中要发出一定的热量,而大体积混凝土结构物一般断面较厚,水泥发出的热量聚集在结构物内部不易散失。通过实测,水泥水化热引起的温升,在水利工程中一般为15℃～25℃,而在建筑工程中一般为20℃～30℃,甚至更高。由于混凝土的导热性能较差,浇筑初期混凝土的强度和弹性模量都很低,对水化热引起的急剧温升约束不大,相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长,弹性模量的增高,对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大,以致产生很大的拉应力。在大体积混凝土施工中,考虑温度应力的影响,并设法降低混凝土内部的最高温度,减小其内外温差。这又涉及混凝土的各种组成材料的特性,结构物的体型大小,约束条件等诸多因素。具体而言, 其影响因素为水泥品种,水泥用量,掺合料,化学外加剂,施工工艺,环境温度,骨料温度,养护条件等等。 ３ 大体积混凝土温度裂缝的控制 大量的研究表明,大体积混凝土结构物中的温度裂缝是不可避免的,重要的是采用合理的措施来防治和控制裂缝的发展。防止大体积混凝土出现温度裂缝应从两方面出发,一方面应从控制温度、改善约束,即从减小温度应力着手;另一方面应尽可能设法提高混凝土抗裂能力,改善混凝土自身性能,但这些措施不是孤立的,而是相互联系、相互制约的,必须结合实际,全面考虑, 合理采用。 (1)合理选择原材料,优化混凝土配合比。选择混凝土原材料,优化混凝土配合比的目的是石混凝土具有较强的抗裂能力,具体来说,就是要求混凝土的绝热温升较小,抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、热强比较小,自生体积变形最好是微膨胀,至少是低收缩。根据国内外经验主要有以下几条:水泥品种选择及数量要求。水泥水化产生的水化热是大体积混凝土发生温度变化而导致体积变化的主要根源。由于矿物成分及掺合料含量的不同,水泥的水化热差异较大。为了降低水泥的水化热、减小混凝土的体积变形,大体积混凝土一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外,除采用水化热低的水泥外,要减少温度变形,还应千方百计地降低水泥用量。掺用混合材料。掺加掺合料可以有效降低水化的峰值温度, 推迟水化温峰的出现时间,随掺合料掺量的增大,温峰出现的时间延迟, 目前主要是粉煤灰掺的较多。掺外加剂。掺减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量,从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用,可降低水化温升有利于防裂。还可延迟水化热释放速度,热峰也有所降低。这种减水剂可以缓凝,在大体积混凝土中可以避免冷接缝,提高工作性及流动性,有利于泵送。对收缩及抗拉强度几乎没有什么影响宜推广采用。精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配。如尽可能采用大的骨料最大粒径。最大粒径越大,骨料的空隙率和表面积越小,混凝土的水泥浆及水泥用量就越小严格控制砂石骨料的含泥量,在保证混凝土强度及流动条件下, 尽量节省水泥, 降低混凝土绝热温升。 (2)合理进行温度控制。 对于大体积混凝土的温度控制,主要考虑三个特征值:入模温度、最高温度及养护温度。入模温度控制 混凝土的入模温度取决于各种原材料的初始温度,主要方法是施工时加冰冷却拌合水、骨料、水泥, 尽量选择较低气温时段浇筑砼;在混凝土运输工具上覆盖麻袋, 并经常喷洒冷水降温。最高温度控制 在混凝土内部预埋水管,利用冷却水管内流通的制冷水带走大体积混凝土内部积聚的水泥水化热,削减浇筑层水化热温升。这种方法因具有适用性和灵活性,以及能够控制整个结构物内部温度,所以在国内外得到广泛应用。养护温度控制 大体积混凝土的裂缝,特别是表面裂缝,主要是由于混凝土中产生了温度梯度。为了使大体积混凝土的内外温差降低,可采用混凝土表面保温的方法,使混凝土内外温差降低。常用的保温材料有模板、草袋、湿砂、锯末等 ,保温材料不仅要放置在混凝土的表面, 还要注意结构物四周的保温, 保温时间不少于28天。 (3)分缝分块浇筑。分缝分块有两方面的目的:一是为了便于施工,将庞大的坝体逐块逐层地进行浇筑;同时为了防止裂缝,减小基础块的尺寸,增加散热面,从而降低施工期间的温度应力,以减小产生裂缝的可能性。 (4)加强施工温度监测。对大体积混凝土内部各部位进行温度跟踪监测,可以及时准确地掌握混凝土各个部位的温度变化,以便采取处理措施降低内部温度,保证工程质量。 混凝土温升最快的阶段在浇筑后的1～5d,在这段期间,宜每30 min读取数据一次,以后数据的读取时间可以延长,建议在混凝土浇注后的6～20d,每3 h读取一次数据,浇注后的21～30 d,每6h读取一次数据。 (5)采用先进的施工技术。在加强混凝土质量控制的同时,应积极推广新技术、新材料与新工艺的应用,以减少混凝土的开裂。 (6)合理组织施工。在施工过程中精心安排混凝土施工时间,在高温季节施工时,混凝土浇筑时间尽量安排在16 时至翌日上午10 时前进行,以减少混凝土温度回升。新旧混凝土浇筑间隔时间为5～7d,相邻浇筑坝块高差控制在8 m以内。综上所述,混凝土的物理力学性质决定了大体积混凝土温度裂缝是不可以避免的,掌握混凝土裂缝的产生原因对于进行合理的结构设计和施工是极为重要的。从材料质量、施工技术、环境状态等方面采取措施综合治理,使混凝土结构工程更趋于合理、安全。 |
| 原作者： 孙永清 |
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