大體積混凝土裂縫控制技術(shù)研究

　　摘要：混凝土的種類很多。按膠凝材料不同，分水泥混凝土、瀝青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等;按表觀密度不同，分重混凝土、普通混凝土、輕混凝土;按使用功能不同，分結(jié)構(gòu)用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土及防輻射混凝土等;按施工工藝不同，又分噴射混凝土、泵送混凝土、振動(dòng)灌漿混凝土等;為了克服混凝土抗拉強(qiáng)度低的缺陷，人們還將水泥混凝土與其它材料復(fù)合，出現(xiàn)了鋼筋混凝土，預(yù)應(yīng)力混凝土，各種纖維增強(qiáng)混凝土及聚合物浸漬混凝土等;另外，隨著混凝土的發(fā)展和工程的需要，還出現(xiàn)了膨脹混凝土，加氣混凝土，纖維混凝土等各種特殊功能的混凝土。目前，混凝土仍向著輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能、高效能的方向發(fā)展。大體積混凝土的裂縫問(wèn)題是實(shí)際工程中長(zhǎng)期困擾工程技術(shù)人員的問(wèn)題，其控制技術(shù)的研究是混凝土結(jié)構(gòu)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，具有重大的學(xué)術(shù)價(jià)值和潛在的工程背景。

　　關(guān)鍵詞：混凝土;裂縫;干縮;收縮;骨料;水灰比;硬化;添加劑

　　1.引言

　　大體積混凝土由于水泥凝結(jié)硬化過(guò)程中釋放出大量的水化熱，形成較大的內(nèi)外溫差，當(dāng)溫差較大超過(guò)25℃時(shí)，混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力有可能超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度從而產(chǎn)生溫度裂縫，同時(shí)混凝土降溫階段如果降溫過(guò)快，由于厚板收縮，又受到強(qiáng)大的摩阻力，可能導(dǎo)致收縮貫穿裂縫。此外，混凝土本身的收縮也可能造成裂縫的產(chǎn)生。因此大體積混凝土存在的主要問(wèn)題是裂縫的控制。

　　2.大體積混凝土的概念

　　目前國(guó)內(nèi)對(duì)于大體積混凝土尚無(wú)一個(gè)明確的定義。我國(guó)有的規(guī)范認(rèn)為，當(dāng)基礎(chǔ)邊長(zhǎng)大于20m，厚度大于1m，體積大于400m3時(shí)稱大體積混凝土;有的則認(rèn)為混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸等于或大于1m，或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，導(dǎo)致裂縫的混凝土為大體積混凝土。

　　3.大體積混凝土的主要類型

　　目前主要根據(jù)混凝土的種類和要求的性能進(jìn)行分類。按照混凝土種類主要分為不含鋼筋的素混凝土、含鋼筋的鋼筋混凝土或摻入鋼纖維的鋼纖維混凝土;按照要求的性能主要分為干硬性混凝土、低流態(tài)混凝土、高流態(tài)混凝土和常態(tài)混凝土等。

　　4.大體積混凝土的特點(diǎn)及施技術(shù)要求

　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)厚、體形大、鋼筋密、一次澆注量大、施工時(shí)間長(zhǎng)、施工工藝要求高、受環(huán)境影響大，澆注完畢后，由于體積過(guò)大，造成混凝土水化熱大，溫度場(chǎng)梯度大，混凝土“內(nèi)熱外冷”極易產(chǎn)生裂縫。工程實(shí)踐證明，大體積混凝土施工難度比較大，混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)率較多。

　　5.大體積混凝土裂縫的主要類型

　　5.1干縮裂縫

　　混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。是混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過(guò)快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

　　5.2塑性收縮裂縫

　　塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)，且長(zhǎng)短不一，互不連貫狀態(tài)。常發(fā)生在混凝土板或比表面積較大的墻面上，較短的裂縫一般長(zhǎng)20～30cm，較長(zhǎng)的裂縫可達(dá)2～3m，寬1～5mm.從外觀分為無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)狀和稍有規(guī)則的斜紋狀或反映出混凝土布筋情況和混凝土構(gòu)件截面變化等規(guī)則的形狀，深度一般3～10cm，通常延伸不到混凝土板的邊緣。

　　5.3沉陷裂縫

　　沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致?；蛘咭?yàn)槟０鍎偠炔蛔悖０逯伍g距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)沉陷裂縫。特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

　　5.4溫度裂縫

　　溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中?；炷翝沧⒑?，在硬化過(guò)程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升。而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差。較大的溫差造成混凝土內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。

　　6.大體積混凝土裂縫的材料控制技術(shù)

　　6.1水泥的合理選取

　　優(yōu)先選用收縮小的或具有微膨脹性的水泥。因?yàn)檫@種水泥在水化膨脹期(1～5d)可產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，而在水化后期預(yù)壓應(yīng)力部分抵消溫度徐變應(yīng)力，減少混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力，提高混凝土的抗裂能力。

　　6.2骨料的合理選取

　　選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈性模量低、表面清潔無(wú)弱包裹層、級(jí)配良好的骨料，這樣可以獲得較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減小了混凝土裂縫的開(kāi)展。

　　6.3盡可能減少水的用量

　　水對(duì)混凝土具有雙重作用，水化反應(yīng)離不開(kāi)水的存在，但多余水貯存于混凝土體內(nèi)，不僅會(huì)對(duì)混凝土的凝膠體結(jié)構(gòu)和骨料與凝膠體間的界面過(guò)度區(qū)相的結(jié)構(gòu)發(fā)展帶來(lái)影響，而且一旦這些水分損失后，凝膠體體積會(huì)收縮，如果收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)界面過(guò)度區(qū)相的抗力，就有可能在此界面區(qū)產(chǎn)生微裂縫，降低混凝土內(nèi)部抵抗拉應(yīng)力的能力。再者，大體積混凝土一般強(qiáng)度都不是很高。

　　7.混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程的控制

　　宏觀上，硬化混凝土在約束條件下，收縮變形會(huì)產(chǎn)生彈性拉應(yīng)力，拉應(yīng)力的近似值最初可假定為楊氏模量和變形的乘積，當(dāng)誘導(dǎo)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土材料就會(huì)開(kāi)裂。但事實(shí)上，由于混凝土是一種兼具粘性和延展性(徐變)的復(fù)雜相組成的非均質(zhì)材料，一些應(yīng)力被徐變松弛所釋放，混凝土是否產(chǎn)生裂縫是徐變應(yīng)力松弛后的殘余應(yīng)力所決定。

　　8.外加劑與摻合材料的控制

　　8.1粉煤灰

　　混凝土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，抑制堿集料反應(yīng)，減少新拌混凝土的泌水等。這些諸多好處均將有利于提高混凝土的抗裂性能。但是同時(shí)會(huì)顯著降低混凝土的早期強(qiáng)度，對(duì)抗裂不利。試驗(yàn)表明，當(dāng)粉煤灰取代率超過(guò)20%時(shí)，對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響較大，對(duì)于抗裂尤其不利。

　　8.2硅粉

　　(1)抗凍性：微硅粉在經(jīng)過(guò)300～500次快速凍解循環(huán)，相對(duì)彈性模量隆低10～20%，而普通混凝土通過(guò)25～50次循環(huán)，相對(duì)彈性模量隆低為30～73%.(2)早強(qiáng)性：微硅粉混凝土使誘導(dǎo)期縮短，具有早強(qiáng)的特性。(3)抗沖磨、控空蝕性：微硅粉混凝土比普通混凝土抗沖磨能力提高0.5～2.5倍，抗空蝕能力提高3～16倍。

　　8.3減水劑

　　緩凝高效減水劑能夠提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，并對(duì)減少混凝土單位用水量和膠凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力學(xué)、熱學(xué)、變形等性能起著極為重要的作用。

　　8.4引氣劑

　　引氣劑除了能顯著提高混凝土抗凍融循環(huán)和抗侵蝕環(huán)境的能力外，能顯著降低新拌混凝土的泌水，提高混凝土的工作度，降低混凝土的彈性模量，優(yōu)化混凝土體內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗凍性能。

　　9.結(jié)語(yǔ)

　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的。各類裂縫產(chǎn)生的主要影響因素有幾種：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，由外荷載引起的。二是材料型裂縫，主要由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。目前控制和解決的重點(diǎn)是溫度應(yīng)力引起的混凝土裂縫。

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