牛穎蘭（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

隨著現(xiàn)代建筑科技的快速發(fā)展，現(xiàn)澆混凝土和機械化施工水平不斷提高，大流動性、預(yù)拌混凝土被廣泛應(yīng)用于民用高層及超高建筑物基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)等大體積混凝土結(jié)構(gòu)工程中。而大體積混凝土在硬化過程中，較普通混凝土而言，容易產(chǎn)生各種裂縫，直接影響到混凝土的強度和耐久性。大體積混凝土在設(shè)計和施工中主要考慮的問題為：其一，由于水泥水化熱引起混凝土澆筑過程中，其內(nèi)部溫度劇烈變化，導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)拉應(yīng)力而破壞；其二，混凝土早期塑性收縮和混凝土硬化過程中的收縮增大，產(chǎn)生收縮應(yīng)力。這兩種應(yīng)力均會導(dǎo)致混凝土體積變形而出現(xiàn)裂縫。目前，我國在科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，不斷地總結(jié)工程實踐經(jīng)驗與教訓(xùn)，逐步形成了一整套大體積混凝土防裂的措施和方法，確保了大體積混凝土的施工質(zhì)量。

1 大體積混凝土裂縫形成的原因

1.1 原材料的影響

1.1 .1 水泥

1）水化熱

對于配制大體積混凝土所用的水泥，應(yīng)選擇早期水化速度慢、水化熱小的水泥品種，否則由于水泥水化熱較大而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量。為此國家標(biāo)準(zhǔn)作出規(guī)定，大體積混凝土施工所用水泥其3d的水化熱不宜大于240kJ/kg，7d的水化熱不宜大于270kJ/kg。

2）水泥的細(xì)度

水泥的顆粒越細(xì)，則總的表面積越大，與水接觸的面積越大，一方面使得水化反應(yīng)速度加快，水化熱增大，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)溫度裂縫;另一方面，拌合時需水量增大，在混凝土硬化過程中收縮增大，易出現(xiàn)收縮裂縫。因此，水泥的細(xì)度應(yīng)適當(dāng)，以滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。

1.1 .2 骨料的影響

在混凝土的組成材料中，粗、細(xì)骨料的體積占混凝土總體積的70%～80%，因此，骨料的質(zhì)量對于大體積混凝土亦有著較大的影響。

1）骨料的顆粒級配

采用級配良好、粗細(xì)適宜的骨料，可以減小骨料的總表面積，節(jié)約水泥用量，從而減少拌合用水量，以減少混凝土硬化過程中的收縮裂縫。

2）骨料的種類

質(zhì)地密實，強度高，彈性模量大的骨料，干縮率就越小。而輕質(zhì)骨料，由于具有較強的吸水能力，導(dǎo)致混凝土在硬化過程中收縮率增大。

3）含泥量和泥塊含量

當(dāng)骨料中的含泥量和泥塊含量較大時，就會增大拌合用水量，加劇了混凝土硬化過程中的體積收縮。試驗表明，砂、石含泥量每增加2%～3%，水泥漿體的收縮率增加10%～20%，同時降低水泥石與骨料的粘接強度，不僅產(chǎn)生塑性收縮裂縫，且易發(fā)展為貫通性有害裂縫。

4）石粉含量

少量的石粉含量，可以改善砂的顆粒級配，提高混凝土的密實度和強度，但過多的石粉含量，則會對混凝土的性能造成負(fù)面影響。研究顯示［1］，機制砂混凝土的干縮隨石粉含量的增大而增大，當(dāng)0.16mm以下顆粒含量大于12%時，干縮率顯著增大，主要是由于小于75μm的石粉顆粒在混凝土拌合物中起到增加水泥漿含量的作用，單位體積水泥漿越多，則混凝土的干縮率越大。

1.2 配合比的影響

1.2 .1 水膠比和用水量

大量試驗證明，水膠比越大，水泥石中的毛細(xì)孔越多，混凝土硬化過程中的干縮率越大。在水膠比一定的條件下，用水量越多，即水泥漿含量越多，則干縮越大。平均用水量每增加1%，干縮率約增大2%～3%。

1.2 .2 坍落度

混凝土的坍落度如果越大，易造成混凝土內(nèi)部不均勻，致使混凝土在硬化過程中容易出現(xiàn)塑性收縮而開裂，大流動性混凝土的塑性收縮較低流動性混凝土大。

1.3 溫度的影響

溫度變形對大體積混凝土極為不利。在混凝土硬化初期，放出較多的水化熱，當(dāng)混凝土較厚時，由于散熱緩慢，大量熱量積聚在混凝土內(nèi)部，使混凝土內(nèi)部溫度升高，而溫度升高進一步加速了水泥的水化，使混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土表面受拉而開裂破壞。因此，在計算大體積混凝土的溫度應(yīng)力及結(jié)構(gòu)伸縮縫時，均需考慮溫度膨脹系數(shù)。

資料表明［2］，混凝土的溫度膨脹系數(shù)隨骨料種類和配合比不同而有差別，但變化幅度不大，一般在0.6×10-5～1.3×10-5℃-1之間。當(dāng)缺乏資料時，溫度膨脹系數(shù)常取α=1.0×10-5℃-1，即溫度升降1℃，每米縮脹0.01mm。

1.4 濕度的影響

水分是保證水泥水化的必要條件?；炷翝仓戤吅?，如果環(huán)境過于干燥，混凝土中的水分從表面蒸發(fā)，在表面上形成干縮裂縫。

2 .大體積混凝土裂縫的預(yù)防措施

2.1 合理選擇原材料

2.1 .1 水泥品種

大體積混凝土工程中，應(yīng)優(yōu)先選擇中、低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。在眾多的水泥品種中，最適合的是粉煤灰硅酸鹽水泥。由于該水泥中摻加了大量的粉煤灰，使硅酸鹽水泥熟料的含量降低，使得水泥中水化速度快、早期放熱量大的組分C3S、C3A含量降低，從而使得水泥早期水化速度減慢，水化熱降低，且常溫下“二次水化反應(yīng)”的速度更加緩慢，可避免出現(xiàn)溫度裂縫。粉煤灰硅酸鹽水泥的拌合用水量較少，因此水泥漿體的干縮性小，且后期強度可以趕上甚至超過同強度等級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，特別適用于大體積混凝土工程。

2.1 .2 選擇品質(zhì)優(yōu)良的骨料

當(dāng)骨料粗細(xì)適宜、級配良好，表面潔凈時，一方面能夠形成比較密實的骨架，另一方面可以節(jié)約水泥用量，降低水化熱，減少混凝土硬化過程中的收縮。

通常情況下，細(xì)骨料宜采用中砂，其細(xì)度模數(shù)宜大于2.3；粗骨料宜選用粒徑5～31.5mm，并應(yīng)連續(xù)級配。為避免因含泥量過大而引起的開裂，要求砂中的含泥量不應(yīng)大于3%，石子中的含泥量不應(yīng)大于1%。

2.1 .3 摻加外加劑和摻合料

1）外加劑

大體積混凝土內(nèi)部熱量不易散發(fā)時溫度升高，造成內(nèi)外溫差加大，混凝土因而開裂。因此，大體積混凝土中摻加緩凝劑或緩凝減水劑，不僅可以延遲水泥漿的凝結(jié)時間，而且可以延緩和降低水泥水化時的放熱速度和熱量，從而使混凝土避免了溫度應(yīng)力引發(fā)的裂縫。各種緩凝劑和緩凝減水劑的主要作用是延緩、抑制C3A礦物和C3S礦物組分的水化，對C2S影響相對小得多，因此不影響對水泥漿的后期水化和長齡期強度的增長。

資料表明［3］，緩凝劑和多元醇類緩凝劑有時會引起混凝土假凝現(xiàn)象，因此要注意水泥適應(yīng)性試驗，合格后方可使用。若試驗結(jié)果使水泥假凝，可以試用先加水拌合混凝土，稍后（1.5～2min）再加入緩凝劑的措施，則可避免假凝的發(fā)生。

2）摻合料

降低大體積混凝土中的水泥用量，提高摻合料的用量，以降低大體積混凝土的水化溫升。同時可以使?jié)仓蟮幕炷羶?nèi)外溫差減小，降溫速度控制的難度降低，并進一步降低了養(yǎng)護費用。如摻加粉煤灰，可獲得三方面的技術(shù)效果，其一，部分粉煤灰代替部分水泥用量，有效降低了水泥的水化熱，其二，粉煤灰顆粒大多數(shù)呈球形顆粒，粒形好，在混凝土拌合過程中，如同滾珠一樣，有利于改善混凝土拌合物的和易性，硬化后水泥石內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較密實。其三，粉煤灰顆粒細(xì)小，表面致密，內(nèi)比表面積小，降低了水泥的需水量，早期不易水化，其活性主要在后期發(fā)揮。因此，在避免產(chǎn)生溫度裂縫的同時，不會影響混凝土后期強度的發(fā)展。

2.2 合理設(shè)計混凝土配合比

大體積混凝土配合比設(shè)計［4］，除應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范》JGJ55的有關(guān)規(guī)定外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）采用混凝土60d或90d強度作指標(biāo)時，應(yīng)將其作為混凝土配合比的設(shè)計依據(jù)。

2）所配制的混凝土拌合物，到澆筑工作面的坍落度不宜大于160mm 。

3）粉煤灰摻量不宜超過膠凝材料用量的40%；礦渣粉的摻量不宜超過膠凝材料用量的50%；粉煤灰和礦渣粉摻合料的總量不宜大于混凝土膠凝材料用量的50%。

4）拌合用水量不宜大于175 kg/m3；水膠比不宜大于0.50；砂率宜為35%～42%。

5）在混凝土制備前，應(yīng)進行常規(guī)配合比試驗，并應(yīng)進行水化熱、泌水率、可泵性等對大體積混凝土控制裂縫所需的技術(shù)參數(shù)的試驗；必要時其配合比設(shè)計應(yīng)當(dāng)通過試泵送。

6）在確定混凝土配合比時，應(yīng)根據(jù)混凝土的絕熱溫升、溫控施工方案的要求等，提出混凝土制備時粗細(xì)骨料和拌合用水及入模溫度控制的技術(shù)措施。

2.3 施工措施

2.3 .1 降低混凝土入模溫度

大體積混凝土施工時應(yīng)避開最炎熱的氣候澆筑混凝土，或用冰水?dāng)嚢杌炷?，也可采取骨料和運輸工具搭棚避曬的方法。

2.3 .2 消減溫度應(yīng)力

在澆筑過程中，應(yīng)分層、分塊澆筑，或設(shè)置后澆帶，避免拌合物局部堆積過高形成溫升中心。

2.3 .3 加強施工中的溫度控制

大體積混凝土在施工過程中，不急于拆模，充分發(fā)揮“應(yīng)力松弛”效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，加強測溫，及時采取措施，使混凝土澆筑體表面與大氣溫差不應(yīng)大于20℃，當(dāng)模板作為保溫養(yǎng)護措施的一部分時，其拆模時間應(yīng)根據(jù)國標(biāo)《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496規(guī)定的溫控要求確定。

2.3 .4 加強養(yǎng)護

混凝土澆筑完成后，應(yīng)及時進行保溫保濕養(yǎng)護，在每次混凝土澆筑完畢后，除應(yīng)按普通混凝土進行常規(guī)養(yǎng)護外，尚應(yīng)及時按溫控技術(shù)措施的要求進行保溫保濕養(yǎng)護。保濕養(yǎng)護的持續(xù)時間不得少于14d，并應(yīng)經(jīng)常檢查塑料薄膜或養(yǎng)護劑涂層的完整情況，保持混凝土表面潤濕。保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步進行，當(dāng)混凝土的表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20℃時，可全部拆除，以減小收縮變形。

3 結(jié) 語

大體積混凝土在施工過程中，雖然較易產(chǎn)生裂縫，但大量的工程實踐表明，只要在設(shè)計、施工工藝、原材料選擇、配合比設(shè)計及施工過程中能夠充分考慮各種因素的影響，并結(jié)合多種預(yù)防措施，科學(xué)合理的確定施工工期，精心組織施工，就可以避免出現(xiàn)有害的溫度裂縫，保證混凝土的質(zhì)量。

［1］李興貴.高石粉含量人工砂在混凝土中的應(yīng)用研究［J］.建筑材料學(xué)報，2004.

［2］王世芳.建筑材料.武漢：武漢大學(xué)出版社，2000.

［3］馮浩，朱清江.混凝土外加劑工程應(yīng)用手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［4］GB50496-2009 大體積混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.