大体积混凝土裂缝控制技术研究

大体积混凝土裂缝控制技术研究
冯勇1，曾凡奎2，胡玉定2
（1 中冶华天工程技术有限公司，安徽 马鞍山243005；
 2 西安建筑科技大学，西安710055）
[摘要]大体积混凝土结构裂缝产生的原因很多，大体积混凝土施上过程中，通过对原材料的选用、配合比的确定、混凝土内部及表而的测温、降温和保养等几个方面的监控，可将大体积混凝土的内外温差控制在规范允许范围之内，避免混凝土温度裂缝的产生。实践证明，工程实例所采用的技术措施成功的控制了裂缝的产生，对同类工程有一定的借鉴意义。
[关键词] 大体积混凝土；裂缝控制；温度监测；基础底板
 Study on Crack control massive concrete
Feng Yong 1，  Zeng Fankui2，Hu Yuding2
(1 Hua Tian Engineering & Technology Corporation MCC Anhui 243005,   China
2  Xi’an University of Architecture and Technology  Xi’an  710055， China)
Abstract:The material,  the material mixture ratio, the measuring and lowing the temperature inside andoutside of the concrete, and the concrete maintenance etc are important to the control of the inside and outsidetemperature of mass concrete within the range of the specification design, so that to avoid temperature crack.Research results showed that the sharp change of air temperature have a great influence on crack-control. The technological measures took in the project are very successful.
Keywords:mass concrete structure; crack control; temperature monitoring; foundation slab
1 引言
 为了迎接北京2008奥运盛会，我国投资建成了很多高度高、跨度大等体育场馆，与此同时，今年全国各地又有许多重大工程完成、将近完成或正在兴建。如2009年济南第十一届全运会工程、2010年上海世博会工程、2010年广州亚运会工程、2011年深圳世界大运会工程等。还有其他一些重大工程如上海环球金融中心（492m）、广州新电视塔（610m）、广州新区西塔、广州歌剧院、广州博物馆以及苏通长江大桥和杭州湾大桥等，在这些高层超高层建筑、大型设备基础、高耸结构中，大体积混凝土被广泛的使用。钢筋混凝土构件裂缝产生的原因很复杂，原因是混凝土是多相、多元、非均质材料、裂缝与混凝土原材料配合比、施工、养护、环境温差、环境干湿、荷载等因素有关[1]。所以对于大体积混凝土浇注施工，必须采取务实慎重的态度，从混凝土配合材料的质量控制、混凝土的浇捣施工措施以及混凝土养护温控措施等方面，严格控制好每一方面的关键问题及质量控制点，制定和采取详尽有效的措施，在浇筑过程中尽可能降低混凝土的水化热，浇筑后重点控制混凝土养护阶段的降温梯度、速率，重点防范冬季寒潮大风引起的局部失温过快，减少混凝土表里温差应力产生，并控制在混凝土相应龄期之内，避免由于温差应力导致的结构有害裂纹的产生。本论文由论文同学网()整理，更多论文，请点论文格式范文查看
2 大体积混凝土结构裂缝成因分析
 大体积混凝土结构中，由于结构截面尺寸大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。
2.1温差裂缝
    混凝土结构在浇筑初期，由于水泥水化过程中发出的热量，升温速度很快，混凝土内部升温值一般在3～5d内产生，3d内温度可达到或接近最大温升，一般可达到45℃～60℃，此后趋于稳定并开始降温。但由于混凝土导热性能差，混凝土内部温度聚集在结构物内长期不易散失，在早期水化热温度迅速升高阶段，由于混凝土内、外散热条件不同，形成温度梯度，表面受拉，内部受压，当应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝;在混凝土降温阶段，混凝土的温差引起的变形加上混凝土的体积收缩变形，受到外界条件的约束时(如承台、模板等)，在结构体中央断面产生内部拉应力，当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，整个混凝土截面就会产生贯穿裂缝，这种裂缝对混凝土质量、耐久性都将造成不良影响[2]。
2.2收缩裂缝
    混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土的用水量和水泥用量，用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同，干缩、收缩的量也不同。混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力。如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。在大体积混凝土里，即使水灰比并不高，自身收缩量值也不大，但是混凝土收缩应力与温度收缩应力叠加到一起，就会使应力增大，所以应考虑大体积混凝土由干缩而引起的裂缝。
2.3钢筋施工技术不当引起的裂缝
    混凝土沿钢筋方向出现剥落和细小裂缝，这种情况虽然不是温度和温差造成的，但同样会在结构物表面出现。首先是浇筑混凝土时无工作平台，施工人员直接触动钢筋，造成钢筋局部变形，形成素混凝土，混凝土的抗拉能力下降，于是很容易出现无规则交义混凝土裂纹；其次是钢筋保护层偏小，混凝土极易被碳化，从而引起钢筋被锈蚀，而钢筋生锈是一个体积增大的过程，这种效应使钢筋外围混凝土产生相当大的拉应力，诱发了沿钢筋方向的裂缝；第三是钢筋问距对裂缝的影响，钢筋问距偏大，使得钢筋与混凝土粘结力过小，不能通过粘结力将拉力扩散到混凝土中去，不能有效地约束混凝土的回缩或体积变化。
3 大体积混凝土施工的裂缝控制技术措施
3.1 原材料的选用及配合比设计
 大体积混凝土应优选高强低水化热水泥,以减少水泥用量,降低水化热。粗骨料应尽量选用粒径较大,石子级配良好的粗骨料。混凝土原材料质量控制及配合比的设计是个相当重要的环节。在大体积混凝土温度组成中，由水泥引起的水化热的温升约占总温升的70％左右，同时内部温度峰值一般出现在3～6d龄期内，因此减少水化热引起的温升值是控制大体积混凝土温升值的关键。减少水泥用量是最直接的手段之一。在减少作为胶凝材料的水泥用量后，为保证强度而采取矿粉和外加剂的双掺技术，优化混凝土配合比，提高混凝土搅拌及运输的供应质量，改善混凝土工艺特性，提高可靠性，适应现场施工条件的需要，确保混凝土的施工质量。粗细骨料合理级配及含泥量控制，均对合理控制水泥用量及混凝土强度是较重要的一方面。
3.2 温度裂缝的控制计算
    在大体积混凝土浇筑前，应先根据混凝土的配合比和施工条件，计算水泥水化热的绝热最高温升值、各龄期的收缩变形值等数值，然后通过计算，估算出可能产生的最大温度收缩应力，如超出混凝土各龄期的极限抗拉强度，则必须采取调整混凝土入模温度、降低水化热温升值等措施来降低温度收缩应力，保证其应力值小于混凝土各龄期的极限抗拉强度[3]。
    混凝土的水化热的绝热最高温升值:
            (1)
 式中，Tt为混凝土浇筑完t段时问，混凝土的绝热温升值；C为每立方米混凝土的水泥用量；c为混凝土的比热，一般由0.92～1.00;ρ为混凝土的质量密度，取2400kg/m3; e为常数，取2.718; m为与水泥品种、浇筑时与温度有关的经验系数，一般为0.2～0.4;t为混凝土浇筑后至计算时的天数。
 混凝土的温度收缩应力:
                           (2)
 式中，ΔT为混凝土的最大综合温差；St为考虑徐变影响的松弛系数，一般取0. 3～O.5；R为混凝土的外约束系数；ν为混凝土的泊松比，可取0. 15～0.20。
3.3严格控制温度应力的产生
    大体积混凝土的浇筑，要进行周密的考虑和组织，确保混凝土能顺利浇捣完成。可采取分层分段的浇筑方式，通过合理设置施工缝或后浇带，以减小混凝土的相对体量，放松约束程度，减小每次浇筑体量的蓄热量，防止水化热积聚过多，以减小温度应力的积聚。对于大体积混凝土基础，可在基础与混凝土垫层之问设置滑动层，以消除垫层对基础混凝土的约束作用，释放约束应力。适当掺入钢纤维或杜拉纤维等材料，采用二次振捣法等积极有效的措施，提高混凝土的密实度和极限拉仲强度，提高混凝土的抗裂缝能力。在结构截面突变或转折处，底、顶板与墙体转折处，孔洞转角等处设置必要的温度配筋和构造配筋，以改善应力集中，防止裂缝出现[3]。
3.4 控制钢筋施工不当引起的裂缝
    在施工时，一定要搭设工作平台，避免人员、机械对钢筋的扰动;要在钢筋网之问增加横向、竖向支撑钢筋，焊接成钢筋骨架，增加钢筋骨架的刚度和稳定性，以保证钢筋位置的准确。
3.5混凝土温控监测及保温保湿养护措施
 测温器材可采用电子测温仪器，温度监测的主要参数是:1）混凝土内部温度；2)混凝土表面温度；3)养护水温度；4)环境温度。温控监测数据采集：混凝土浇筑期间，对每辆车混凝土都进行测量，全面准确掌握混凝土的入模温度情况和混凝土初凝及升温。根据大体积混凝土早期升温快、后期降温较慢的特点，采用间隔两小时测读一次监测数据，直到温度稳定趋于表温。对于大体积整板基础混凝土应在混凝土终凝后覆盖薄膜，其上在覆盖一层麻袋进行保温，并积极采用蓄水法进行保温养护。
4 工程应用
    某工程为一大型冶金设备厂房，该工程基础底板外型为68.20m×32.10m×3.95m的长方形。基础底板埋地深度－5.500m，混凝土量约为7900m3。施工前，考虑到大体积混凝土施工的特点和难点制定了相应的施工方案，采取优化混凝土的配合、严格控制混凝土的浇注过程、温控监测及保温保湿养护等措施，取得较好的效果。
 混凝土浇筑后，采用电子测温仪对混凝土上、重、下部位的温升情况严格按规范要求进行了测量记录，图1为温度变化曲线。
 
图1 温度变化曲线
 测试成果情况分析：混凝土水化热升温时，各测点的中心点的温升值最高，其中升至最高点69.4℃，从中可看出大体积混凝土的中心最高温升值一般出现在2～6d 之间，初期的温升速率较快，峰值出现后，即开始进入降温阶段，降温过程中，上表层测点降温速度较快，下层面各测点的降温较慢，各断面中混凝土温度最高点位于中部，并一直维持到监测结束。至测试工作结束，经设计监理及业主共同检查，未发现有结构性有害裂缝的产生，一般的常见裂纹也较为少见。表明本工程的基础混凝土温控施工养护工作取得了成功，达到了大体积混凝土浇捣施工的预期目标。
5 结论
 大体积混凝土施工的关键是控制混凝土产生较大温差,由于施工过程的时变性和过程性，加上施工工期紧，有些大体积混凝土结构也出现了不同程度的裂缝，但只要严格按照施工工艺，完善的温度监控，就完全能够将大体积混凝土的内外温差控制在规范允许范围之内，避免大体积混凝土温度裂缝的产生。
参考文献
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