杜建豹

陜西延長石油（集團）有限責任公司延安煉油廠

    隨著經濟和施工技術的迅速發展 ,現代建筑中涉及到大體積混凝土施工也越來越多 ,如高層建筑基礎、大型設備基礎、水利大壩等。它們的主要特點就是體積大 ,水泥水化熱釋放比較集中 ,內部溫度升高比較快。當大體積混凝土內外溫差較大時 ,會使混凝土產生溫度裂縫。眾多工程實踐證明 ,大體積混凝土施工難度比較大 ,混凝土產生溫度裂縫的機率較多 ,稍有差錯 ,輕者會影響建筑物的抗滲性能和外觀質量 ,重者還會嚴重影響建筑結構的安全 ,甚至造成坍塌事故 ,從而造成無法估量的損失。因此我們必須從根本上分析大體積混凝土溫度裂縫的產生原因 ,采取各種措施減少和控制溫度裂縫的出現 ,來保證施工的質量。

 

    大體積混凝土結構的整體性要求高 ,施工時如無特殊情況 ,一般要求一次性整體澆筑。澆筑后 ,水泥因水化反應引起水化熱 ,由于混凝土體積大 ,內部與表面散熱速率不一樣 ,聚集在內部的水泥水化熱不容易散發 ,混凝土內部溫度將顯著升高 ,而混凝土 表面則散熱較快 ,與混凝土內部產生較大的溫度差 , 使混凝土內部產生壓應力 ,表面產生拉應力。同時在澆筑初期混凝土的彈性模量和強度很低 ,對水化熱急劇溫升引起的變形約束不大 ,溫度應力比較小。 隨著混凝土齡期的增長 ,其彈性模量和強度相應提 高 ,對混凝土降溫收縮變形的約束越來越強 ,即產生很大的溫度應力 ,當混凝土的抗拉強度不能抵抗溫度應力時 ,即產生溫度裂縫。 大體積混凝土產生溫度裂縫的影響因素主要有:

 

    1.1 水泥水化熱的影響

    水泥在水化反應過程中產生大量的熱量 ,這是大體積混凝土內部溫度升高的主要熱量來源。由于大體積混凝土截面的厚度大 ,水化熱聚集在結構內部不易散發 ,會引起混凝土內部急劇升溫 ,造成較大的內外溫差 ,從而產生溫度裂縫。

 

    1.2 內外約束條件的影響

    大體積混凝土一般與地基整體澆筑在一起 ,當 溫度變化時會受到地基的限制 ,因而產生外部的約 束應力。當混凝土早期溫度上升時 ,產生的膨脹變 形會受到約束面的約束而產生壓應力 ,而此時混凝 土的彈性模量很小 ,徐變和應力松弛卻較大 ,與基層連接也不太牢固 ,因而壓應力較小 ,但是當溫度下降時 ,則產生很大的拉應力。若產生的拉應力超過混凝土的抗拉強度 ,就會出現垂直裂縫。工程實踐證明 ,當混凝土的內外溫差小于 25℃時 , 產生溫度裂縫的幾率就小的多。由此可見 ,降低大體積混凝土的內外溫差和改善約束條件 ,是防止大體積混凝土產生裂縫的重要措施。

 

    1.3 外界氣溫變化的影響

    大體積混凝土結構在施工期間 ,外界氣溫的變化對防止大體積混凝土開裂有著重要影響。混凝土澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系 ,澆筑溫度又影響著混凝土的內部溫度。大體積混凝土結構不易散熱 ,其內部溫度有的工程竟高達 90  ℃以上 ,而且持續時間較長。如外界氣溫下降 ,特別是氣溫驟降 ,會加大混凝土的溫度梯度 , 溫差愈大 , 溫度應力也愈大。此時混凝土內部產生壓應力 ,表面產生拉應力 , 當這個拉應力超過混凝土的抗拉強度時 ,大體積混凝土的表面就會出現裂縫。

 

    大體積混凝土的施工技術要求比較高 ,特別在 施工中要防止混凝土因水泥水化熱而引起的溫度差。在施工時 ,必須從原材料選擇、施工技術、養護、溫度檢測等有關環節做好充分的準備工作 ,才能防止大體積混凝土溫度裂縫的產生。

 

    2.1 原材料的選擇

    ⑴ 選用發熱量低初凝時間較長的水泥 如礦渣水泥。盡量降低混凝土中的水泥用量 ,減少水泥 水化反應產生的熱量 ,降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍落度不受損失 ,可適度增加活性細摻料替代水泥。例如摻加適量的粉煤灰 減少水泥 用量 ，達到降低水化熱的目的 , 但摻量不能大于30 % 。

    ⑵  粗細骨料級配良好。通過試驗選擇合理的 石砂級配。在滿足混凝土強度的基礎上 ，骨料盡量選用較大的粒徑 5 -40mm， 要具有較好的級配。 同時必須嚴格控制砂石料的含泥量 ,石子的含泥量 控制在 1 %以下，砂的含量在 2 %以下 ，這樣既提高了混凝土抗壓強度 ,又可以減少用水量和水泥的用 量。

    ⑶ 加適量的緩凝劑 ( 如木質素磺酸鈣) 。摻加 緩凝劑不但可以延緩水化熱的釋放速度、       推遲溫峰的出現并延長混凝土的凝結時間 ，還可以改善混凝土和易性 ，減少水和水泥用量 ,從而降低水化熱。

    ⑷ 拌制大體積混凝土的原材料均需進行檢驗合格后方可使用。

 

    2.2施工技術措施

    ⑴ 在炎熱夏季進行施工時 ,要采取下列措施對材料進行降溫 :

    ①提前1周以上的時間將水泥入庫降溫 ,并保證水泥倉庫有良好的通風；

    ②砂石堆進行覆蓋 ,避免陽光直射 ,必要時向 骨料噴冷水；

    ③ 防止攪拌機在陽光照射下溫升過高 ,可采用搭涼棚的方法為攪拌機遮蔭；

    ③混凝土宜現場采用冷水拌制。

 

    ⑵ 澆筑混凝土前應將基槽內的雜物清理干凈，而且混凝土的澆筑應連續進行，間歇時間不得超過3～5h，澆筑時必須嚴格控制混凝土的入模溫度，混凝土最高澆筑溫度不得超28℃，在澆筑混凝土時投入適量的毛石 ,以吸收熱量并節約混凝土 ;在澆筑的混凝土內部預先埋置冷卻管 ,用循環水來降低混 凝土內部溫度峰值延緩升溫速度 ;澆筑時若外界氣 溫過高 ,可采用在輸送管上加蓋草袋并噴冷水的方法。

 

    ⑶ 在施工現場要對商品混凝土逐車進行檢查， 測定混凝土的坍落度和溫度，檢查混凝土量是否相 符，嚴禁混凝土攪拌車在施工現場臨時加水。混凝土攪拌車到場等待時可采取向攪拌罐上噴冷水的措施來控制混凝土的澆筑溫度。

 

    ⑷ 嚴格控制混凝土的澆筑速度。一次澆注的混凝土不可過高、過厚， 以保證混凝土溫度均勻上升。對于斷面相差很大的結構和剪力墻的孔、洞、口 處 ,應先澆灌較深的部位 ,待靜止 1～2h 混凝土沉降后 ,再與斷面或孔洞上部的混凝土一起澆筑。墻板混凝土宜采用非泵送混凝土 ,利用塔吊和人力推車連續進行 ,以避免施工冷縫的出現。

 

    ⑸ 可以適當在混凝土中摻加合成纖維。混凝土中摻入合成纖維后 ,可使數以千萬計的纖維三維均勻的分布在混凝土內部，混凝土塑性階段干縮及冷縮所產生的表面一旦延伸到合成纖維即可停止發展。

 

    ⑹ 合理安排施工工序，遵循“同時澆搗、分層推進、一次到位、    循序漸進”的成熟工藝，薄層澆搗，均勻上升，以利于散熱。大體積混凝土澆筑時應盡量擴大澆筑工作面 , 分層澆搗 ,逐步推進。要嚴格控制振搗的時間及插 入深度 ,防止振搗過程中出現漏振。

    根據結構特點 ,大體積混凝土的澆注方法可分為：全面分層、分段分層、斜面分層的澆注方案。如圖1所示。