摘要：近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)和建筑技術(shù)的發(fā)展，建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，大型現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)施或構(gòu)筑物不斷增多，而混凝土結(jié)構(gòu)以其材料廉價物美、施工方便、承載力大、可裝飾強的特點，日益受到人們的歡迎，于是大體積混凝土逐漸成為構(gòu)成大型設(shè)施或構(gòu)筑物主體的重要組成部分。但是，由于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較大，由外荷載引起裂縫的可能性很小，由于水泥在水化反應(yīng)中釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，這將成為大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素。本文就一些問題產(chǎn)生的原因以及解決措施進(jìn)行闡述。
關(guān)鍵詞：大體積結(jié)構(gòu) 裂縫 無縫 混凝土
0 引言
所謂大體積混凝土，一般理解為尺寸較大的混凝土，美國混凝土學(xué)會給出了大體積混凝土的定義一任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達(dá)到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度的減少開裂影響的，即稱為大體積混凝土。大體積混凝土結(jié)構(gòu)通常具有以下特點：混凝土是脆性材料，抗拉強度只有抗壓強度的1／10左右。大體積混凝土的斷面尺寸較大，由于水泥的水化熱會使混凝土內(nèi)部溫度急劇上升，以及在以后的降溫過程中，在一定的約束條件下會產(chǎn)生相當(dāng)大的拉應(yīng)力，一旦拉應(yīng)力超過混凝土所能承受的抗拉強度時，即會出現(xiàn)裂縫。這就提出了大體積混凝土開裂的問題，開裂問題是在工程建設(shè)中帶有一定普遍性的技術(shù)問題，裂縫一旦形成，特別是基礎(chǔ)貫穿裂縫出現(xiàn)在重要的結(jié)構(gòu)部位，危害極大，它會降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，同時會可能危害到建筑物的安全使用。所以如何采取有效措施防止大體積混凝土的開裂，是一個值得關(guān)注的問題。
1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計算中的主要應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。本文主要探討材料型裂縫，其中具體原因如下。
1.1 水泥水化熱的影響水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350Kg／m3～550Kg／m3來計算，每m3混凝土將放出17500KJ～27500KJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部升高(可達(dá)70℃左右，甚至更高)。尤其對于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。
1.2 混凝土的收縮混凝土在空氣中硬結(jié)時體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(支承條件、鋼筋等)，將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。
1.3 外界氣溫濕度變化的影響大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響?；炷羶?nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高，如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。
2 大體積混凝土裂縫的控制措施
由以上分析，材料型裂縫主要是由溫差和收縮引起，所以為了防止裂縫的產(chǎn)生，就要最大限度的降低溫差和減小混凝土的收縮，具體可采取如下控制措施。
2.1 大體積混凝土的配制大體積混凝土所選用的原材料應(yīng)注意以下幾點①粗骨料宜采用連續(xù)級配，細(xì)骨料宜采用中砂。②外加劑宜采用緩凝劑、減水劑；摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等。③大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，應(yīng)提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。④水泥應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。
2.2 大體積混凝土的澆筑澆筑方案，除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響，常采用的方法有以下幾種：
2.2.1 全面分層即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時應(yīng)使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續(xù)澆筑，直至完工為止。采用這種方案，適用于結(jié)構(gòu)的平面尺寸一般不宜太大，施工時從短邊開始，沿長邊推進(jìn)比較合適。必要時可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時進(jìn)行澆筑。
2.2.2 分段分層混凝土澆筑時，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時間內(nèi)要求供應(yīng)的混凝土較少，不象第一種方案那樣集中。這種方案適用于結(jié)構(gòu)物厚度不太大而面積或長度較大的工程。
2.2.3 斜面分層要求斜面的坡度不大于1／3，適用于結(jié)構(gòu)的長度大大超過厚度3倍的情況?；炷翉臐仓酉露碎_始，逐漸上移。
2.3 大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時的溫度控制大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)，不僅要滿足強度增長的需要，還應(yīng)通過人工的溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂。
溫度控制就是對混凝土的澆筑溫度和混凝土內(nèi)部的最高溫度進(jìn)行人為的控制，在混凝土養(yǎng)護(hù)階段的溫度控制應(yīng)遵循以下幾點①混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應(yīng)小于20℃：當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土具有足夠的抗裂能力時，不大于25℃－30℃。②混凝土拆模時，混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應(yīng)包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。③采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)部降溫法是在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通八冷卻水，降低混凝土內(nèi)部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進(jìn)行，還有常見的投毛石法，均可以有效地控制因混凝土內(nèi)外溫差而引起的混凝土開裂。④保溫法是在結(jié)構(gòu)物外露的混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料(如草袋、鋸木、濕砂等)，在緩慢的散熱過程中，使混凝土獲得必要的強度，以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。⑤混凝土表層布設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)片，防止混凝土收縮時產(chǎn)生干裂。
大體積混凝土的開裂是目前學(xué)者和工程界關(guān)注的一個重要問題，通過以上分析可知，大體積混凝土的材料型裂縫主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的，筆者認(rèn)為精心選擇原材料，并在施工中采用合理的方法，能有效的防止裂縫的發(fā)生。
關(guān)鍵詞：大體積結(jié)構(gòu) 裂縫 無縫 混凝土
0 引言
所謂大體積混凝土，一般理解為尺寸較大的混凝土，美國混凝土學(xué)會給出了大體積混凝土的定義一任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達(dá)到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度的減少開裂影響的，即稱為大體積混凝土。大體積混凝土結(jié)構(gòu)通常具有以下特點：混凝土是脆性材料，抗拉強度只有抗壓強度的1／10左右。大體積混凝土的斷面尺寸較大，由于水泥的水化熱會使混凝土內(nèi)部溫度急劇上升，以及在以后的降溫過程中，在一定的約束條件下會產(chǎn)生相當(dāng)大的拉應(yīng)力，一旦拉應(yīng)力超過混凝土所能承受的抗拉強度時，即會出現(xiàn)裂縫。這就提出了大體積混凝土開裂的問題，開裂問題是在工程建設(shè)中帶有一定普遍性的技術(shù)問題，裂縫一旦形成，特別是基礎(chǔ)貫穿裂縫出現(xiàn)在重要的結(jié)構(gòu)部位，危害極大，它會降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，同時會可能危害到建筑物的安全使用。所以如何采取有效措施防止大體積混凝土的開裂，是一個值得關(guān)注的問題。
1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計算中的主要應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。本文主要探討材料型裂縫，其中具體原因如下。
1.1 水泥水化熱的影響水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350Kg／m3～550Kg／m3來計算，每m3混凝土將放出17500KJ～27500KJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部升高(可達(dá)70℃左右，甚至更高)。尤其對于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。
1.2 混凝土的收縮混凝土在空氣中硬結(jié)時體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(支承條件、鋼筋等)，將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。
1.3 外界氣溫濕度變化的影響大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響?；炷羶?nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高，如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。
2 大體積混凝土裂縫的控制措施
由以上分析，材料型裂縫主要是由溫差和收縮引起，所以為了防止裂縫的產(chǎn)生，就要最大限度的降低溫差和減小混凝土的收縮，具體可采取如下控制措施。
2.1 大體積混凝土的配制大體積混凝土所選用的原材料應(yīng)注意以下幾點①粗骨料宜采用連續(xù)級配，細(xì)骨料宜采用中砂。②外加劑宜采用緩凝劑、減水劑；摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等。③大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，應(yīng)提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。④水泥應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。
2.2 大體積混凝土的澆筑澆筑方案，除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響，常采用的方法有以下幾種：
2.2.1 全面分層即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時應(yīng)使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續(xù)澆筑，直至完工為止。采用這種方案，適用于結(jié)構(gòu)的平面尺寸一般不宜太大，施工時從短邊開始，沿長邊推進(jìn)比較合適。必要時可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時進(jìn)行澆筑。
2.2.2 分段分層混凝土澆筑時，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時間內(nèi)要求供應(yīng)的混凝土較少，不象第一種方案那樣集中。這種方案適用于結(jié)構(gòu)物厚度不太大而面積或長度較大的工程。
2.2.3 斜面分層要求斜面的坡度不大于1／3，適用于結(jié)構(gòu)的長度大大超過厚度3倍的情況?；炷翉臐仓酉露碎_始，逐漸上移。
2.3 大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時的溫度控制大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)，不僅要滿足強度增長的需要，還應(yīng)通過人工的溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂。
溫度控制就是對混凝土的澆筑溫度和混凝土內(nèi)部的最高溫度進(jìn)行人為的控制，在混凝土養(yǎng)護(hù)階段的溫度控制應(yīng)遵循以下幾點①混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應(yīng)小于20℃：當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土具有足夠的抗裂能力時，不大于25℃－30℃。②混凝土拆模時，混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應(yīng)包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。③采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)部降溫法是在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通八冷卻水，降低混凝土內(nèi)部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進(jìn)行，還有常見的投毛石法，均可以有效地控制因混凝土內(nèi)外溫差而引起的混凝土開裂。④保溫法是在結(jié)構(gòu)物外露的混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料(如草袋、鋸木、濕砂等)，在緩慢的散熱過程中，使混凝土獲得必要的強度，以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。⑤混凝土表層布設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)片，防止混凝土收縮時產(chǎn)生干裂。
大體積混凝土的開裂是目前學(xué)者和工程界關(guān)注的一個重要問題，通過以上分析可知，大體積混凝土的材料型裂縫主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的，筆者認(rèn)為精心選擇原材料，并在施工中采用合理的方法，能有效的防止裂縫的發(fā)生。
