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大體積混凝土裂縫控制技術(shù)工學(xué)論文
摘要：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題是實(shí)際工程中長期困擾工程技術(shù)人員的問題，其控制技術(shù)的研究是混凝土結(jié)構(gòu)研究的熱點(diǎn)問題，本文對大體積混凝土的裂縫控制技術(shù)進(jìn)行闡述。
關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；控制技術(shù)
大體積混凝土由于水泥凝結(jié)硬化過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25℃時(shí)，混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力有可能超過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題是裂縫的控制。
目前國內(nèi)對于大體積混凝土尚無一個(gè)明確的定義。日本建筑學(xué)會(huì)(JASS5)中規(guī)定：結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80 cm以上，同時(shí)水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差，預(yù)計(jì)超過25℃的混凝土，稱之為大體積混凝土。我國有的規(guī)范認(rèn)為，當(dāng)基礎(chǔ)邊長大于2 0m，厚度大于1 m，體積大干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1 m，或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大，導(dǎo)致裂縫的混凝土為大體積混凝土。
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。
大體積混凝土的特點(diǎn)為大體積混凝土結(jié)構(gòu)厚、體形大、鋼筋密、一次澆注量大、施工時(shí)間長、施工工藝要求高、受環(huán)境影響大，澆注完畢后，由于體積過大，造成混凝土水化熱大，溫度場梯度大，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。
一、大體積混凝土裂縫的主要類型
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。
2 塑性收縮裂縫
塑性收縮裂縫一般在于熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)，且長短不一，互不連貫狀態(tài)。常發(fā)生在混凝土板或表面積較大的墻面上，較短的裂縫一般長20-30cm，較長的裂縫可達(dá)2-3m，寬1～5mm。從外觀分為無規(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3～1 0 cm，通常延伸不到混凝土板的邊緣。
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�，模板支撐間距過大或支撐底部松動(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。
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螅谟不^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。
二、大體積混凝土裂縫的材料控制技術(shù)
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(1～5 d)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。水泥強(qiáng)度等級(jí)為32.5或42.5級(jí)。
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展。砂宜選用粗砂或中砂，含泥量小于等于3％；石子為0.5—3.2mm粒徑的碎石或卵石均可。
3 盡可能減少水的用量
水對混凝土具有雙重作用，水化反應(yīng)離不開水的存在，但多余水貯存于混凝土體內(nèi)，不僅會(huì)對混凝土的凝膠體結(jié)構(gòu)和骨料與凝膠體間的界面過度區(qū)相的結(jié)構(gòu)發(fā)展帶來影響，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)力超過界面過度區(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。
4 外加劑選用木質(zhì)素磺酸鈣，根據(jù)氣溫調(diào)整其摻量，氣溫高時(shí)，摻量較大，氣溫低是摻量減少，夏季摻量為水泥用量的0.35％，冬季摻量為水泥用量的0.2％，春秋季摻量為水泥用量的0.25 ％。
三、混凝土凝結(jié)硬化過程的控制
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)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土材料就會(huì)開裂。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。
混凝土振搗完畢應(yīng)隨即覆蓋，最好用塑料布密封養(yǎng)護(hù)，防止混凝土脫水龜裂。加蓋保溫材料能有效控制因溫差應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。保溫材料的撤出時(shí)間應(yīng)以混凝土內(nèi)部和表面溫差以及表面和大氣的溫差均小于25℃為準(zhǔn)。一般混凝土澆筑完畢，第三、四天為升溫的高峰，其后逐漸降溫，保溫材料的拆除以10天以上為宜，降溫速度不宜過快，以防溫差應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。
在施工中，應(yīng)隨時(shí)掌握混凝土的溫差動(dòng)態(tài)，測溫工作至關(guān)重要�？刹捎迷诨炷羶�(nèi)部不同的部位埋設(shè)銅熱傳感器進(jìn)行測溫，同時(shí)還配合使用普通玻璃棒式溫度計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)溫差有超過2 5℃的趨勢時(shí)，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)保溫或減緩拆除保溫材料，以防止產(chǎn)生混凝土溫差應(yīng)力裂縫。
四、外加劑與摻合材料的控制
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，對抗裂不利。試驗(yàn)表明，當(dāng)粉煤灰取代率超過20％時(shí)，對混凝土早期強(qiáng)度影響較大，對于抗裂尤其不利。
2 硅粉
(1)抗凍性：微硅粉在經(jīng)過300-500次快速凍解循環(huán)，相對彈性模量隆低10～20％，而普通混凝土通過25-50次循環(huán)，相對彈性模量隆低為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。
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。
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。
五、防止大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的結(jié)構(gòu)措施
包括合理分段，設(shè)置后澆帶，合理配置鋼筋，設(shè)置滑動(dòng)層，設(shè)置緩沖層，設(shè)置應(yīng)力緩和溝，對空洞周邊、變截面、轉(zhuǎn)交部位采取構(gòu)造配筋措施。
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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