预防大体积混凝土裂缝的技术措施
一 :引言
混凝土的早期裂缝，不仅影响建筑物的外观质量，严重的甚至降低建筑物的使用功能。因此，对裂缝产生的机理，应在理论上认识清楚 ，结合具体的工程实践，从施工操作上，分析查找各种原因，才能在裂缝问题的解决上，有的放矢，采取积极有效的措施，控制好裂缝的产生。
二: 裂缝的产生机理和原因分析
混凝土是由一定比例的水泥和砂、石料、水或掺适量外加剂拌合而成的，它由流动体经模筑（浇筑）凝结硬化成各种形状的构筑物。由于混凝土它由流动体凝结硬化成坚硬固体，所以它存在着早期变形的特性。
混凝土中的水泥加水拌合后，水泥的矿物成分很快与水发生反应，形成胶凝体。由于水化反应不断进行，水泥的水化产物填充了水泥颗粒的空间。接触点逐渐增多，结构趋向密实，使水泥浆失去塑性，水化生成物以凝胶与结晶体状态进一步填充孔隙，水泥浆体逐渐产生强度，这就是水泥凝结硬化过程。
混凝土中含有大量的空隙，空隙中存在水分。混凝土中的水分有化学结合水、物理化学结合水和物理力学结合水。化学结合水不参与外界的温度交换作用。物理化学结合水为吸附薄膜结构，具有中等强度结合，容易受到水分蒸发的破坏。物理力学结合水为毛细孔中的自由水称为游离水，含量不稳定，结合强度低，极易受水分蒸发影响。
混凝土早期变形对于工程结构来说，主要是干缩变形和温度变形。这些变形表现的结果，就会使混凝土表面产生裂缝。混凝土在干燥的空气中存放时，混凝土内部吸附在胶体颗粒上的水分被蒸发，引起胶体失水，产生干缩。与此同时，在混凝土内部毛细孔中的游离水分亦被蒸发，毛细孔负压增大，混凝土也产生收缩。这些收缩是由表及里进行的，因此表面收缩大，内部收缩小，使混凝土表面产生拉力作用。在混凝土早期强度较低的情况下，拉力极易超过极限抗拉强度，因此,致使混凝土表面产生裂缝。
混凝土具有热胀冷缩的性质。随着温度的变化而发生膨胀或收缩，这种变化称为温度变形。混凝土在硬化过程中，水泥水化释放出较多的热量，使混凝土内部温度升高。但由于大体积混凝土散热缓慢，这就将造成混凝土内部产生较大的体积膨胀。而外部混凝土却随气温降低而产生收缩，这样由于混凝土内外温差的相互影响，势必使混凝土表面产生拉应力，造成混凝土出现裂缝。
根据有关资料，在一般情况下,水泥用量每增加10kg，混凝土内部温度就会升高1℃，内部膨胀外部收缩产生的拉应力也会增大。所以产生裂缝的可能性就较大。混凝土温度膨胀系数为1X10-5，即温度升高1℃就膨胀0.01mm。混凝土收缩值为1.5X10-4～2.0X10-4,即每米收缩0.15～0.2mm。由于大体积混凝土表面收缩大，内部收缩小，内外收缩有差别。当内外温差过大，大体积混凝土表面出现超过极限抗拉值的拉应力时，就容易产生裂缝,因此水泥用量过大和混凝土结构内、外温差过大是造成混凝土裂缝的主要原因。
三、 温控及防裂措施
为控制大体积混凝土结构内部因水泥水化热引起的绝热温升，防止因混凝土结构内、外温差过大而产生的温度裂纹，在大体积混凝土施工中可采取以下几种降温防裂措施：
1、 合理选择原材料，优化混凝土配合比
⑴选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥。
⑵采用双掺技术，即混凝土中掺入适量的Ⅱ级粉煤灰和复合型高效减水剂。以减少水泥用量和用水量，降低水化热。
⑶优化混凝土配合比，尽量利用混凝土的后期强度（以60天为宜）降低水泥用量，提高混凝土的抗裂性能。
2、 混凝土结构内部埋设冷却水管和测温点，通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，减小内表温差，控制混凝土内外温差小于25℃。通过测温点温度测量，掌握混凝土内部各测温点温度变化，以便及时调整冷却水的流量，控制温差。
⑴冷却水管埋设
冷却循环水管可采用φ25mm钢管，按照冷却水由热中心区流向边区的原则，进水管口宜设在近混凝土中心处，出水管口设在混凝土边区处，也可根据具体情况设置。进、出水口均需引出混凝土面以上，每层水管的垂直进、出水口要相互错开，且出水口要有调节流量的水阀和测流量设备。冷却水管的形状及埋设方式视具体情况而定。
⑵冷却水管安装时，要与钢筋骨架或支撑桁架固定牢靠，防止混凝土灌注过程中水管变形或接头脱落而发生堵水或漏水。布管时，水管要与混凝土主筋错开，当局部管段错开有困难时，可适当移动位置。冷却循环水管安装完毕，要进行通水试验，保证管路及接头畅通且不漏水。
⑶每层循环冷却水管被混凝土覆盖并振捣完毕，即可在该层水管内通水，一般地，冷却水流量的大小，将会影响进、出口水的温差，影响冷却水和混凝土的热交换。因此，循环冷却水的流量可控制在1.2～1.5m3/h，使进、出口水的温差不大于6℃，进水温度和出水温度要作记录，并测定每根冷却水管不同时间的流量。
(4)循环水管进出口水的温度和测温点的温度测量，在混凝土灌注后的头三天里，应每2小时测量和记录一次，以后视具体情况可适当延长测温间隔时间。大体积混凝土循环通水冷却的时间及观测记录延续时间不应少于10天。
(5)循环冷却管排出的水，在混凝土灌注未完以前，不得排至混凝土顶面。在大体积混凝土灌注全部结束后，也可视具体情况（如气温较低或骤降时）排至混凝土顶面，形成保温层，蓄水保温养护。
3、 控制混凝土的入模温度，选择低温季节施工，尽量避开高温季节施工进行，如在低温季节施工，混凝土的入模温度不宜低于10℃。拌合混凝土时，可根据当时的气温变化，调整拌制用水温度，如采用热水拌制，水温不应高于80℃，如施工时，气温较高，可采用低温水拌制混凝土，并采取对骨料进行喷水降温或塔棚遮盖，对混凝土运输机具进行保温防晒等措施，降低混凝土的拌合温度，控制混凝土的入模温度在25℃以内。
4、 采取薄层浇灌，合理分层（30cm左右），全断面连续浇灌，一次成型，但应控制混凝土的灌注速度，尽量减小新老混凝土的温差，提高新混凝土的抗裂强度，防止老混凝土对新混凝土过大的约束而产生断面通缝。
5、 加强保温、保湿养护，延缓降温速率，防止混凝土表面干裂。养护期间，不得中断冷却水及养护用水的供应，要加强施工中的温度监测和管理，及时调整保温及养护措施。保温养护措施可采取在混凝土面表面覆盖2层草袋并加盖一层尼龙薄膜或在混凝土表面蓄水加热保温等办法进行。
四.结束语
在注重建筑工程质量的今天，混凝土早期裂缝已经是工程结构的质量大忌。它无论对建筑物外观质量的影响，或者对建筑内在质量的危害，都越发显得问题的严重和突出。
虽然混凝土有着早期凝结硬化收缩变形的特点，在施工过程中很容易出现裂缝。但是，只要采取相应的措施，裂缝是完全可以得到控制的。
中铁大桥局武康二线指挥部
2005-8-22 |
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发表于 2008-5-16 09:04:04
