（商丘工學院 476000）

高強度大體積混凝土材料特性研究

陳培培 張 旺

（商丘工學院 476000）

大體積混凝土在施工應用領域比較廣泛，對大體積混凝土的優(yōu)化配合比和抗裂施工技術方面進行研究。主要探討大體積混凝土開裂特性的成因，以及針對問題進行系統(tǒng)的了解設計、原材料、施工工序和后期養(yǎng)護方面提出有效的抗裂措施方案。

大體積混凝土；裂縫

1 引言

隨著城市經(jīng)濟飛速的發(fā)展，越來越多的偉大建筑出現(xiàn)在人們的生活中，這種成就不得不說是人類創(chuàng)造建筑奇跡的過程。隨著高大建筑的發(fā)展，混凝土結構物的大型化對混凝土的性能也提高了要求。大體積混凝土的配合比設計、澆筑、養(yǎng)護和溫度控制等技術是其關鍵因素。為了保證大體積混凝土的施工質量，根據(jù)工程現(xiàn)場狀況，采用一些能夠方便實用的理論體系手段。隨著廣泛應用大體積混凝土，在大體積混凝土施工方面總結出一套簡單、準確、高效的理論體系，成為急需處理施工技術中的現(xiàn)實課題。通過過往的工程實踐經(jīng)驗可知混凝土質量的好壞直接關系到整個工程質量，而且其成本造價也是相當可觀的。如何進行技術設計、施工組織和成本控制，是整個現(xiàn)場施工設計中必須重點研討的話題。

近年來，大體積混凝土在工程中得到了廣泛的應用，大體積混凝土的開裂已成為混凝土工程的重點。經(jīng)工程界的專人研究可知混凝土的1/3應力由干縮和濕脹引起的，其中2/3的應力由溫度變化引起的。由此可見，溫度應力是當今大體型建筑物發(fā)生開裂的一個非常重要的因素之一。為了保證大型建筑結構的安全、穩(wěn)定和綜合性能，有必要控制水泥在施工階段的水化熱，降低大體積混凝土早期溫度裂縫的潛在風險。

混凝土裂縫日益受到工程界的關注。在較為復雜的現(xiàn)場施工中，如何保證混凝土結構安全與避免產(chǎn)生裂縫及發(fā)展成為當今社會的關鍵。所以，既要保證順利、有效的施工設計，又要保證結構的安全，對大體積混凝土的防裂相關技術研究具有非常重要的意義。

2 混凝土的優(yōu)缺點

與以往混凝土相比，特別是高強混凝土抗壓強度高，抗壓強度比普通混凝土高出4-6倍，一般強度大于C60。減少混凝土結構的截面積不僅給人一種舒適的感覺，而且增加了實際使用面積和經(jīng)濟效益的提高。高強混凝土變形小、剛度大，有利于提高混凝土的變形性能。除此之外，高強混凝土更加致密大大增加了抗凍性、抗?jié)B性、耐腐蝕能力和抗沖擊能力。

在施工中，工程條件復雜，整體澆筑結構穩(wěn)定高，一般采用整體澆筑技術，不可以出現(xiàn)有害的施工工縫。大體積混凝土自重大、養(yǎng)護時間長、導熱系數(shù)差和不耐高溫極易產(chǎn)生混凝土裂縫，構造產(chǎn)生裂痕，首先混凝土外觀品質遭到影響，其次工程構造的安全也遭到危害。對于大體積混凝土的重要部件，開始時發(fā)生外表裂痕，假設不及時對其采取正當措施進行修補，后期混凝土結構受到各種外界因素的影響，將能夠引起結構的耐久性降低和滲透等狀況，且表面裂縫將可能加深裂縫寬度和深度，不利于整個工程結構的穩(wěn)定，甚至將可能給人們的生命財產(chǎn)安全帶來潛在風險。

3 混凝土遇到的問題

混凝土是由水、水泥、砂和石子按一定配合比組成的人造石材，主要用來承受荷載抗壓作用?；炷辆哂休^高的抗壓強度和較低的抗拉強度，大概抗拉強度是抗壓強度的1/10。但在實際工程施工中，許多混凝土構造既承受壓應力，又承受不同程度的拉應力的環(huán)境下，特別是大體積混凝土極易發(fā)生裂縫問題。

隨著大體積混凝土施工技術的成熟，人們對高質量的施工技術也成為社會進步的必要需求。隨著建筑領域的不斷擴大，大體積混凝土逐歩應用于大體型混凝土結構中。但是，因為混凝土內部的蓄熱量較大，加強溫度應力，使得混凝土裂痕成為設計和施工中急需處理的重大問題。

3.1裂縫產(chǎn)生的原因及分析

在工程施工過程中，大體積混凝土產(chǎn)生的溫度裂縫是由混凝土內部矛盾產(chǎn)生的結果。一種是混凝土結構承受內外溫差的應力應變，另一種是混凝土結構外部約束和混凝土內部約束，以阻止混凝土的變形。如果混凝土的溫度應力超過其最大抗拉應力時，混凝土會損壞，造成混凝土裂縫。因此，盡量控制混凝土不產(chǎn)生裂縫，就要控制其最大拉應力不超過當時抗拉強度的極限。根據(jù)以往大量大體積混凝土裂縫的情況，可以看出裂縫產(chǎn)生的主要因素有以下幾種：

1.溫度裂縫，設置和澆筑大體積混凝土凝結硬化過程中，由于水泥水化作用而在其內部產(chǎn)生大量的熱量，生成了許多混凝土內部溫度上升的混凝土儲蓄熱量、導熱系數(shù)低，自身結構較厚，過于集中在混凝土內部的熱量不易散發(fā)，使混凝土內部溫度增加，而混凝土表面層與空氣接觸，表面溫度容易散發(fā)，表面溫度較低，由此形成混凝土內部與表面產(chǎn)生過大的溫差，進而形成較高的溫度梯度，這將造成溫度應力和溫度變形?；炷恋臐仓囟仁墉h(huán)境溫度的高與低的影響，澆筑溫度過高將會給后期混凝土內部溫度過高帶來麻煩，進一步增加內部和表面溫度差，混凝土內外溫差增大，產(chǎn)生較大的溫度應力，極不利于混凝土結構的防裂。

2.收縮裂縫，事實證明，混凝土澆筑完畢后，只有20%的水分被用于凝結硬化混凝土，而要蒸發(fā)掉80%的水分?；炷猎谀Y硬化和散熱的過程中水分蒸發(fā)必然要引起混凝土體積發(fā)生收縮效應，特別是大體積混凝土產(chǎn)生這種收縮現(xiàn)象更加明顯。

3.約束裂縫，在大體積混凝土澆筑的過程中，混凝土內部產(chǎn)生大量的水化熱對其自身的溫度影響很大，因此發(fā)生混凝土的變形可能將會受到外部結構或模板約束的影響，相應的產(chǎn)生約束應力。

4..混凝土材料裂縫的原因，造成混凝土裂縫的主要原因是受到自身的收縮約束力而形成的拉應力大于當時極限抗拉強度。材料的選擇控制混凝土自身的收縮，混凝土的材料有水和水泥、砂和石子、外加劑和摻合料配合等?；炷恋氖湛s量和強度大小是由不同種類的水泥和水泥的用量不同而引起的。

5.安定性裂縫，混凝土安定性裂縫是以龜裂的形式發(fā)生裂痕，主要原因是水泥安定性不合格造成的。

3.2混凝土產(chǎn)生裂縫的控制方法

3.2.1 配合比優(yōu)化

結合大體積混凝土原材料的用量和質量的抗裂分析得到相應的參數(shù)指標，通過選用最佳的配合比、最佳的組合設計以抗裂為核心的目標。要具有足夠的強度、抗裂能力的綜合指標。

3.2.2 施工方法

混凝土裂縫是相對的，由溫差引起裂縫產(chǎn)生是不可以避免的，但可以采用正確的方法來避免有害裂縫的發(fā)生。例如采用摻加粉煤灰、減水劑等合適的方法，可以降低混凝土凝結硬化階段，其內部和表面的溫差。到了后期，形變則主要是由于混凝土內部水分蒸發(fā)引起的干縮形變。所以，在混凝土的前后期都有可能出現(xiàn)收縮造成的裂縫，在后期維護中要格外注意。因此，在工程施工中采用合適的技術措施可以有效的防止有害裂縫的出現(xiàn)。

1.降低水泥水化熱。通過采用中低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥品種配制混凝土，精確計算混凝土的配合比，同時采用“三摻”施工技術，減少澆筑混凝土的水泥使用量和單位用水量。如果現(xiàn)場施工技術條件可以的話，在混凝土中摻加適量的大石塊，可以減少混凝土的使用量，能夠節(jié)省水泥用量以及降低水泥水化熱。

2.降低混凝土入模溫度。選擇適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，用麻布遮蔽骨料且對骨料灑水降溫，在運輸和澆筑過程中對其遮陽防止輻射，達到降低混凝土拌和物的入模溫度的目的。

3.加強施工中的溫度控制。

4.改善約束條件。。將滑動層設置在大體積混凝土基礎與墊層之間，比如施工時采用刷熱瀝青作為滑動層，消除嵌固作用，最終釋放約束應力。

5.提高混凝土的抗拉強度。控制骨料含泥量；采用二次投料法、二次振搗法、混凝土澆筑后排除表面積水和最上層泥漿等方法的施工工藝；加強混凝土早期養(yǎng)護，齡期的抗拉強度和彈性模量；必要時可以在內部設置溫度配筋，有利于應力分布，防止裂縫的產(chǎn)生。

6.添加外加劑。在工程施工過程中，通過加入減水劑減少水泥用量，達到節(jié)省成本或者工程需要的目的。如果需要減少水泥水化熱，可以摻入一定量的粉煤灰，添加少量的緩凝劑可以延緩混凝土的凝結時間，膨脹劑能夠減少混凝土體積的收縮。特別是體型較大的混凝土，需要嚴格的控制外加劑的使用量。先檢驗產(chǎn)品實驗數(shù)據(jù)，然后確定外加劑的使用量。

7. 后期養(yǎng)護。通常采用蓄水法技術對混凝土溫度進行控制，避免混凝土表面發(fā)生龜裂現(xiàn)象，有效的提高了混凝土的強度和密實度，根據(jù)控制混凝土溫度經(jīng)過精確的計算確定蓄水深度。對混凝土的養(yǎng)護要24小時持續(xù)不間斷，且不能出現(xiàn)長時間無人把守。

4 結論

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，在未來的建筑業(yè)發(fā)展過程中的高大建筑日益增多的情況下，大體積混凝土結構具有結構構件跨度和截面大型的趨勢。因此，該課題具有較廣的價值，具有良好的經(jīng)濟社會效益，為了促進高強度大體積混凝土材料特性研究的發(fā)展，還需要蒸蒸日上，更加勤奮的研究。

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