大體積混凝土

現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑中，大體積混凝土的工程規(guī)模日趨擴(kuò)大，尤其是一些基礎(chǔ)工程，其體積達(dá)幾千 m 3 以上者，厚度達(dá) 2 ～ 3m ，長(zhǎng)度超過(guò) 10m 者已屢見不鮮。我國(guó)規(guī)范認(rèn)為，建筑物的基礎(chǔ)最小邊尺寸在 1 ～ 3m 范圍內(nèi)，就屬大體積混凝土。
由于水泥中的水化熱，使有一定保溫性能的大體積混凝土，內(nèi)部升溫比表面升溫大得多，在降溫時(shí)內(nèi)部又比表面慢得多，混凝土各部分的熱脹冷縮，以及內(nèi)部與外部的約束作用，使混凝土產(chǎn)生溫度變形和相應(yīng)的溫度應(yīng)力，當(dāng)它們超過(guò)混凝土所能承受的拉力極限值時(shí)，混凝土就會(huì)出現(xiàn)裂縫。這是大體積混凝土施工中主要解決的技術(shù)問(wèn)題。
一、大體積混凝土的裂縫
大體積混凝土產(chǎn)生裂縫多出現(xiàn)在升溫時(shí)或降溫時(shí)，升溫時(shí)易出現(xiàn)表面裂縫，一般混凝土成型后第三天升溫最高，也最容易出現(xiàn)表面裂縫。收縮裂縫多出現(xiàn)于降溫時(shí)，由于熱量散失而產(chǎn)生收縮，再加上混凝土硬化過(guò)程中，內(nèi)部水分的水化和蒸發(fā)，膠質(zhì)體的膠凝作用，促使混凝土收縮，這兩種收縮由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束，當(dāng)收縮應(yīng)力超過(guò)當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫，這種裂縫有時(shí)會(huì)貫穿全斷面，危害較嚴(yán)重，如圖 1 所示。

圖 1 溫度裂縫 a) 表面裂縫 b) ， c) 收縮裂縫

二、防止溫度裂縫的措施
目前，建筑工程的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范在這方面規(guī)定不多，因此，在施工前必須會(huì)同有關(guān)部門擬定相應(yīng)的技術(shù)措施。為防止裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1 ．制定合適的允許溫差大體積混凝土施工，要在施工期間對(duì)混凝土采取溫度控制，就是控制混凝土的內(nèi)外溫差，以減小早期溫度應(yīng)力，從而避免裂縫的發(fā)生?；炷恋脑试S溫差與相應(yīng)的齡期的極限拉伸值有關(guān)，由于混凝土的極限拉伸值在工程施工中難以測(cè)定，可以用混凝土的抗拉強(qiáng)度確定其允許溫差。經(jīng)驗(yàn)證明，如 1 ℃ 的溫差在 3 ～ 7 天齡期內(nèi)表面約產(chǎn)生 2.5N / ㎝ 2 的拉應(yīng)力，就可以根據(jù)不同工程混凝土的實(shí)測(cè)強(qiáng)度確定該工程的內(nèi)外溫差標(biāo)準(zhǔn)。如果不具備分析條件，可按 20 ～ 25 ℃ 的內(nèi)外溫差標(biāo)準(zhǔn)控制。
此外，控制內(nèi)外溫差固然重要，但是，許多裂縫的原因往往是溫度陡降造成的。因?yàn)闇囟榷附?，溫度?yīng)力形成較快，徐變的影響較小，所以溫度陡降的容許值遠(yuǎn)比內(nèi)外溫差小得多。通常采用的溫度陡降的容許值是 10 ℃ 。
大體積混凝土基礎(chǔ)的地基很少是巖基，因此內(nèi)部溫差也不能忽視。若是舊混凝土或巖石地基時(shí)，、應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)部溫差，以防止產(chǎn)生貫穿裂縫。常用的內(nèi)部溫差容許值較低，一般為 12 ～ 20 ℃ 。
2 ．采取適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂?預(yù)防大體積混凝土裂縫的基本條件是控制施工中的實(shí)際溫差
要小于容許溫差。實(shí)際溫差可用下式計(jì)算：
△ T = T Р 十 T r － T ? ，
式中 △ T —內(nèi)外溫差或內(nèi)部溫差；
T Р —混凝土澆筑溫度；
T r —水泥水化熱引起的溫度升高；
T ? —在計(jì)算內(nèi)外溫差時(shí)，指混凝土表面溫度；在計(jì)算內(nèi)部溫差時(shí)，指使用中內(nèi)部可能達(dá)到的最低溫度。
T Р 、 T ? 可以測(cè)得，有的可以從當(dāng)?shù)貧庀蟆⑺馁Y料中查到。 T r 可以用試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，或經(jīng)驗(yàn)估算，表 1 可供參考。
計(jì)算出來(lái)的實(shí)際溫差如果大于容許溫差，應(yīng)采取溫度控制措施，主要是降低 T Р 十 T r 值和提高 T ? 值。
施工中一般可采取以下一些降溫措施：

表 1 不同標(biāo)號(hào)、品種齡期的水化熱值

(1) 選用水化熱較低的水泥，降低 T r ；
(2) 減少水灰比和水泥用量，使用減水劑、加氣劑、塑化劑，進(jìn)一步降低 T r ，但應(yīng)保證混凝土的強(qiáng)度等級(jí)；
(3) 降低混凝土的人模溫度，如石子澆水、水中加冰塊等，降低 T Р ；
(4) 條件允許時(shí)，可投入毛石，以利降溫，進(jìn)一步降低 T Р ；
(5) 控制混凝土澆筑層厚度，適當(dāng)減緩澆筑速度，以利降溫；
(6) 預(yù)埋冷卻水管，用循環(huán)水降低混凝土溫度。
3 ．加強(qiáng)混凝土的質(zhì)量管理我國(guó)目前混凝土的生產(chǎn)管理水平還是較低的，混凝土強(qiáng)度的變異系數(shù)往往大于 20 ％，這不利于混凝土的防裂。因此，要提高混凝土的抗裂性能，僅采取降溫或保溫措施是不夠的，還必須在混凝土施工操作上注意保證質(zhì)量，注意從原材料的選用到養(yǎng)護(hù)的全過(guò)程質(zhì)量管理。