关于大体积砼结构防裂技术分析

混凝土是建筑结构中应用最普遍的材料, 随着经济突飞猛进的发展, 对基础设施的要求也越来越高。混凝土结构出现裂缝是一个相当普遍的现象, 近代科学关于混凝土强度的微观研究, 以及大量工程实践所提供的经验都说明, 结构的裂缝是不可避免的, 科学的要求是将其有害程度控制在允许范围内。大体积混凝土的裂缝问题在国外研究较早。1933年, 美国开始修建世界上第一座高于200m的混凝土坝——胡佛坝, 对大体积混凝土进行了全面的研究。第一次采取温控制措施, 主要包括横缝分布均为15m, 混凝土的水泥用量为223kg/m3, 采用低热水泥, 浇筑层厚1.5m并限制间歇期、预埋冷却水管等。结果表明这些温控防裂措施是比较成功的。美国在对水工大体积混凝土温控裂缝方面, 在20世纪60年代初已形成了一套比较定型的设计、施工模式。前苏联在1977年修建了托克托古尔电站, 也形成了一套行之有效的大体积混凝土温控防裂措施。

1 大体积混凝土温度裂缝概念

混凝土结构的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝主要有三种是骨料和水泥石粘合面上的裂缝, 称为粘着裂缝;第二种是水泥石自缝, 称为水泥石裂缝;三是骨料本身裂缝, 称为骨料裂缝。微观裂缝在结构中的分布是不规则、不贯通的, 并且肉眼看不见。宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来的。大体积混凝土内出现的裂缝, 按其深度不同, 可分为贯穿裂缝, 深层裂缝及表层裂缝三种。贯穿裂缝切断了结构断面, 可能破坏结构的整体性和其危害性是较严重的;深层裂缝是部分切断了结构断面, 也有一定的危表层裂缝一般危害性较小, 但处于基础或老混凝土约束范围内的表层裂内部混凝土降温过程中可能发展为贯穿裂缝。温度裂缝是由温度变化在不同的约束条件下, 致使微观裂缝扩展形裂缝。一般来说, 表面裂缝如果较浅、没有发展到结构中的钢筋表面且变化不再发展, 通常不影响工程质量, 但绝大多数是有害裂缝。

2 大体积混凝土温度裂缝的特点

混凝土结构在施工及使用过程中, 主要承受两大类荷载:静荷载、和其他外荷载统称为I类荷载;变形荷载统称为Ⅱ类荷载。大体积混凝裂缝属于变形荷载 (Ⅱ类荷载) 引起的裂缝, 有两个较为显著的特点。

(1) 温度裂缝的起因是结构首先要求变形, 当变形得不到满足才引而应力又与结构的刚度大小有关系, 只有当应力超过一定数值时才引起混凝土开裂后, 变形得到满足或部分满足, 应力就发生松弛现象。如果度不高, 但是有较良好的韧性, 也可适应变形要求, 抗裂性能较高。混然属于脆性材料, 但是改善配比, 增加密实度在允许范围内提高混凝土能力也是控制开裂的一种途径。松弛变形是大体积混凝土温度裂缝区别产生裂缝的主要特点。

(2) 按普通外荷载计算原则, 从外荷载作用、结构内力形成、直至出现与扩展, 似乎都是在一瞬间完成的, 是某个“瞬间过程”。但是大体土温度变形的作用, 从变形的产生到温度变形应力的形成, 裂缝的出现都不是在同一时间瞬时完成的, 它有一个“时间过程”, 即为“传递过程个多次产生和发展的过程, 这是区别于外荷载裂缝的第二个特点。

3 温度裂缝预防措施

3.1 选择合理的结构形式和分缝分块

由于结构形式对温度应力及温度裂缝的产生具有重要影响。在寒冷地区, 应该尽量少用对外界温度敏感的薄壁结构;对于大体积混凝土块, 应尽量减少混凝土暴露面积。其次分层、分块浇注时, 浇注块尺寸对温度应力也有重要影响, 浇注块尺寸越大, 温度应力也越大, 也就越容易产生裂缝。

3.2 选择混凝土原材料、优化混凝土配合比

选择混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的具体来说就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉能力较大、极限拉升变形能力较大、热强比较小、线膨胀系数较小, 自生体积变形最好是微膨胀, 至少是低收缩。

(1) 水泥的选择。一般情况下选择低热矿渣水泥, 中热硅酸盐水泥或者硅酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。

(2) 掺用混合材料。混合材料的掺用是为了降低混凝土绝热温升、提高混凝土抗裂能力。当前的混合材料主要是粉煤灰, 这种材料的作用是提高混凝土后期强度。

(3) 掺用外加剂。外加挤有多种类型, 如减水剂、缓凝剂、早强剂等。减水剂具有减水和增塑作用, 在保持混凝土强度不变的条件下, 可减少用水量, 节约水泥, 降低绝热温升。缓凝剂和早强剂这分别运用在夏季和冬季施工中。

(4) 优化混凝土配比。在保证混凝土强度及流动性条件下, 尽量节省水泥, 降低混凝土绝热温升。

3.3 严格控制混凝土温度, 减小温差

严格控制混凝土温度是防止裂缝的最重要措施。一方面在同一浇注层降低内外温差, 减小自约束应力;另一方面降低相临上下浇注层温差, 减小外约束应力。

(1) 降低混凝土浇注温度, 通过冷却拌和水、加冰拌和、冷却骨料等方法降低混凝土出机口温度。一般来说冷却石子效果最好, 次为冷却沙和水, 冷却水泥效果最小。

(2) 水管冷却。一般在混凝土内埋设水管, 通水冷却降低混凝土温度。在混凝土内埋设温度传感器, 以全程跟踪混凝土温度场变化, 保证冷却水管充分发挥作用。

(3) 表面保湿、保温。一般在混凝土表面浇水后覆盖一层塑料薄膜, 再覆盖土工布等其它保温材料。在混凝土顶面蓄水可以起到保湿和保温的双重效果。

3.4 加强施工管理

(1) 提高混凝土施工质量。显然, 在一个混凝土浇注块中, 强度是不均匀的, 裂缝总是从强度最低的薄弱处开始开裂, 因此应加强施工管理, 提高施工质量。

(2) 薄层、短间歇、均匀上升。缩短相临浇注层的间隔时间能减小老混凝土对新混凝土的约束作用, 减小约束应力。

(3) 气温是影响混凝土入模温度的重要因素, 在气温底的季节浇注混凝土可以大大降低入模温度。因此, 尽量利用低温季节浇注体积大、作用关键的构件能较好地达到控制温度裂缝的目的。

摘要：大体积混凝土裂缝一直以来是工程界十分关注的问题。本文首先介绍了大体积混凝土温度裂缝的概念和特点。最后对大体积混凝土裂缝的预防提出了相关建议和措施。以期为大体积混凝土工程实践提供一定的参考作用。

关键词：混凝土,工程,大体积,裂缝

参考文献

[1] 朱伯芳.大体积混凝土结构的温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社, 1999.

[2] 刘海成, 等.考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法[J].大连理工大学学报, 2005, 1.