彭晓冉【视频】大体积混凝土裂缝防治措施-砼话

彭晓冉【视频】大体积混凝土裂缝防治措施-砼话

彭晓冉

（一）大体积混凝土的界定
目前，对于大体积混凝土的定义暂时还没有一个相当确切的说法，国外不同国家对大体积混凝土的定义也都有各自不同的说法。比如说，美国混凝土学会（ACI）规定给大体积混凝土下的定义则是：“由于结构或构件尺寸已经大到会因水化热而引起混凝土体积变形的问题，并将混凝土开裂控制在最大限度范围内，可称为大体积混凝土”。而在日本建筑学会标准（JASS5）里规定的大体积混凝土的定义是：“混凝土的结构断面最小部位的厚度≥80cm，同时外界大气温度与混凝土内部因水化热引起的最高温度两者之间相差应>25℃的可称之为大体积混凝土”。
在我国，根据混凝土结构施工相关规范，给大体积混凝土所下的定义则是：凡是最小断面部位尺寸在300cm以上的混凝土结构物所有块体，最小的单面散热尺寸不小于75cm的结构断面，最小的双面散热尺寸则不能小于100cm，而且要满足外界大气温度与混凝土内部因水化热引起的最高温度两者相差>25℃的所有混凝土，都可以称之为大体积混凝土。
与普通的混凝土结构相比较，大体积混凝土除了体积大，项目工程施工时的环境也相当复杂，在施工技术方面要求比较高，而且混凝土的用量也大，内部的水化热较大（一般估算：外界的大气温度与内部的最高温度两者相差应该超过25℃），此结构容易产生温度变形。因此大体积混凝土存在以下几个特点：
（1）施工时现场条件比较复杂
大体积混凝土顾名思义其体积比普通的要大得多、所以混凝土的用量也比普通的要多，施工时的条件就避免不了复杂多变。
（2）在混凝土控制裂缝方面的要求比较高，也比较严格
建筑中大多数的基础、坝体等结构属于大体积混凝土，设计时除了要考虑满足要求的刚度、强度和稳定性外，还有考虑是否满足抗渗性、防水性以及整体性等要求。因此在实际的施工质量控制方面，如何控制混凝土的裂缝就成了最为关键的问题。
（3）内部水化热大
大体积混凝土的几何尺寸庞大，内部的水泥水化热不容易散发出来，使得混凝土在拌和成型后其内部的温度升高得比较快而且幅度大（最高可能达到80℃以上），产生比较大的膨胀量；在后期温度下降这一阶段，由于温度下降，混凝土又会出现相应的温度收缩量。配筋量在大体积混凝土中的所占的份量一般都不是很多，在后期由于降温容易引起的收缩快、幅度大，从而导致混凝土出现贯穿性裂缝而且是比较严重的，这种裂缝的出现将严重影响到大体积混凝土的抗渗能力、整体性能。换句话说，通常所说的考虑如何控制好大体积混凝土质量，在一定程度上就可以转化成为考虑如何预防出现温度裂缝的问题来研究了。
（二）大体积混凝土出现裂缝的种类及产生原因
大体积混凝土的结构物，在实际使用过程中所承受的重量、力度各不相同，当混凝土结构的抗拉强度小于荷载产生的拉应力时，就会产生裂缝。混凝土外部荷载产生的直接应力和次应力、温度变化、混凝土收缩膨胀和底板基础不均匀沉降等情况都有可能导致混凝土产生裂缝，根据裂缝不同的方向分类有横向、纵向、水平以及垂直四种裂缝之分，而从裂缝的深度来进行分类，则有贯穿裂缝、深层裂缝和表面裂缝等。若以裂缝的形状来进行分类，则是斜向裂缝和放射状裂缝等。总所周知，导致混凝土施工时产生裂缝的原因是各种各样的，也是非常复杂的，多方面的，而最主要的因素有以下几种：
（1）受水化热影响的产生裂缝
由于混凝土水泥水化热散热困难而引起的温度变形和温度应力在混凝土浇筑过程中，水泥不断产生水化热，而水化热散发缓慢，导致混凝土内部温度不断升高，一直持续到拌合成型后7d才停止升高，这温度上升的阶段持续时间长而且幅度大。一旦混凝土内外温度相差出现比较大，温度变形及温度应力的出现不可避免，当混凝土的温度应力比其抗拉应力大时裂缝产生。这种由温度应力导致产生的裂缝对于大体积混凝土施工质量的考核是极其不利的也是起决定性的。
（2）因混凝土收缩产生的裂缝
在后期，混凝土内部的自由水分将随着混凝土的不断硬化而蒸发，随着水份的蒸发，混凝土因干燥而出现收缩，如果混凝土表面的干燥收缩速度快过内部的干燥收缩速度，那么就会在混凝土表面出现拉应力从而造成混凝土开裂。
（3）受外界气温变化的影响
由于大体积混凝土几何尺寸大，施工持续时间长，在整个施工期间外界的大气温度随时都可能出现升温或降温等改变，大气温度的改变肯定会对施工造成影响。当外界的大气温度下降尤其是下降的幅度比较大时，混凝土外部与内部会产生较大的温度差，引起较大的温度应力，产生拉应力，当拉应力比混凝土的抗拉应力大的时候，就会在混凝土表面产生裂缝。这种因外界大气温度变化而产生裂缝的情况通常都是在施工的中期甚至是后期才出现的。
（4）受其他因素的影响
同样的，混凝土采用的配合比不好、所用钢筋出现锈蚀、碱骨料反应裂缝以及因地基的不均匀时的局部沉降等等，施工期间的各种不利因素都有可能产生裂缝，因此在控制裂缝时，各个方面都要综合考虑。
通常，在大体积混凝土底板项目施工的实际落实过程中，由于几何尺寸大混凝土浇筑量多，不管是混凝土表面的温度还是混凝土内部的温度都不好控制，水泥在开始凝结一直到水泥完全凝结时的整个过程，水泥完成了水化热，期间释放出来热量使混凝土的温度变高，温度不断变化，与周围的外界大气温度相比较，就会形成一定的温差，在温差的作用下，形成温度应力，出现温度变形。所以由于混凝土内外温度相差大而导致混凝土出现裂缝是要因。因此，对大体积底板混凝土裂缝防治措施的研究就可以转化为主要从控制温度和温度应力两个方面进行研究了。
（三）大体积混凝土裂缝控制的措施
混凝土一旦出现裂缝，钢筋锈蚀的速度就会加快，甚至严重到碳化，一系列的循环不断恶化，混凝土结构的安全性和耐久性严重被破坏了，势必给项目工程带来的损失不容小觑，因此如何有效的控制裂缝就是重点中的重点了。从设计开始到具体施工乃至后期养护的整个过程都涉及到控制裂缝的主要技术措施，内容包括以下四个方面措施：
(1)降低水泥用量
水泥用量的控制和混凝土配合比的选用经过大量工程实践和试验研究，每增加或减少10kg的每立方米混凝土的水泥用量，由于水化热作用，混凝土的温度都会相应升高或降低1℃。所以在实际工程当中，可通过混凝土不同试配，在满足混凝土强度要求情况下，水泥的用量能少用就尽量少用。
(2)优选混凝土的各种原材料
①水泥：选用的水泥强度越低越好，而且不要超过0.6%的含碱量，水泥的水化热也要做相应的检验，注意水泥7d的水化热控制在250KJ/Kg之内。②粗骨料：粗骨料的掺配比例和连续级配要合理选用，不要超过1%的含泥量，更不要超过0.25%的泥块含量。③细骨料：细骨料一般是中砂或者粗砂，不超过1%的含泥量，不超过0.5%的泥块含量。④掺合料：优先选用磨细矿粉，由于磨细矿粉比粉煤灰具有更好的耐久性，且能更有效降低单位体积混凝土的水泥用量。⑤膨胀剂：应掺入适量膨胀剂，它能减少混凝土的温度应力，并对混凝土起补偿收缩作用，但含碱量应小于0.75%。⑥外加剂：外加剂的收缩率越低越好，收缩率以7d和28d的实验报告为参考，不管混凝土处在哪个龄期，相对于基准混凝土收缩率来说，每个龄期的收缩率都不能大于基准混凝土收缩率、相对于每立方混凝土，外加剂不得带入大于1Kg的含碱量。采用高效的减水剂和缓凝剂，会减少水泥用量，同时也会推迟水化热出现峰值期。
(3)设计优化措施
①不断试验，最大程度优化混凝土配合比，单位用水量尽量控制在最小范围之内。②通过增加小直径的抗裂钢筋，来提高构件的抗裂性能。③边缘部位比较容易出现裂缝，可通过增设置暗梁，加大配筋率，提高极限抗拉强度。④最后，根据施工期间的环境气候情况，充分考虑如何合理设置后浇带。
(4)施工及养护的控制措施
①施工时的出机温度以及入模温度要严格控制，高温或低温的情况下尽量不要施工。②施工顺序要合理安排，期间要确保混凝土的温度平缓上升，所以混凝土浇筑的速度也要控制，而且每次浇注的厚度不能太厚。③施工时的方式方法要合理，浇筑时要分层而且要均匀，在初凝前，每一层的混凝土都也确保被上一层所覆盖，为了避免在施工期间出现裂缝，在混凝土接近初凝前，一定要控制好上层和下层之间的浇筑间隔时间。④振捣混凝土时要严谨密实一些，同时要严密观察振捣时的深度、位移和时间，防止出现过振和漏振的情况。⑤制定合理的温控措施，加强养护期间的温度监测，实时掌握混凝土内外温差、温度升多少、温度降多少、温度下降的速度和外表面温度的实际情况。⑥对混凝土进行养护，要在拌合成型后及时铺盖符合要求的保温、保湿材料，预防混凝土内部和外界大气温度相差过大，防止因混凝土温度应力导致混凝土出现施工裂缝，常用的是在混凝土层面上直接进行洒水、或者在表面注入一定深度的水蓄存、条件比较宽裕的可以采用喷洒养护液或在施工区域搭盖保温棚等方式。