隨著建筑施工技術(shù)飛速發(fā)展,現(xiàn)代建筑中經(jīng)常涉及到大體積混凝土施工,如高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等,其主要特點是體積大,表面小,水泥水化熱釋放較集中,內(nèi)部溫升較快。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差較大時,會產(chǎn)生溫度裂縫,影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用,所以必須從根本上加以分析,來保證施工的質(zhì)量。

  大體積混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫按深度的不同,分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫3種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫,最終形成貫穿裂縫。它切斷了結(jié)構(gòu)的斷面,可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性,其危害性較嚴(yán)重。而深層裂縫部分地切斷了結(jié)構(gòu)斷面,也有一定危害性。表面裂縫一般危害性較小,但也影響外觀質(zhì)量。出現(xiàn)裂縫并不是絕對地影響結(jié)構(gòu)安全,它有一個最大允許值。處于室內(nèi)正常環(huán)境的一般構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.3毫米;處于露天或室內(nèi)高濕度環(huán)境的構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.2毫米。對于地下或半地下結(jié)構(gòu),混凝土的裂縫主要影響其防水性能。一般當(dāng)裂縫寬度在0.1~0.2毫米時,雖然早期有輕微滲水,但經(jīng)過一段時間后,裂縫可以自愈。如超過0.2~0.3毫米,則滲漏水量將隨著裂縫寬度的增加而迅速加大。所以,在地下工程中應(yīng)盡量避免超過0.3毫米貫穿全斷面的裂縫。如出現(xiàn)這種裂縫,將大大影響結(jié)構(gòu)的使用,必須進(jìn)行化學(xué)灌漿加固處理。

  大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫,一方面是混凝土內(nèi)部因素:由內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的;另一方面是混凝土的外部因素:結(jié)構(gòu)的外部約束和混凝土各質(zhì)點間的約束,阻止混凝土收縮變形,混凝土抗壓強度較大,但抗拉能力卻很小,所以溫度應(yīng)力一旦超過混凝土能承受的抗拉強度時,即會出現(xiàn)裂縫。這種裂縫的寬度在允許限值內(nèi),一般不會影響結(jié)構(gòu)的強度,但卻對結(jié)構(gòu)的耐久性有所影響,因此必須予以重視和加以控制。而產(chǎn)生裂縫的主要原因有水泥水化熱、外界氣溫變化和混凝土的收縮等造成。

  如何控制這幾方面對結(jié)構(gòu)耐久性的影響呢?

  一、大體積混凝土的配合比設(shè)計

  1.水泥的選用:應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥,優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。

  2.粗細(xì)骨料:粗骨料宜采用連續(xù)級配,細(xì)骨料宜采用中砂。大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下,應(yīng)提高摻合料及骨料的含量,以降低單方混凝土的水泥用量。

  3.減水劑:為滿足和易性和減緩水泥早期水化熱發(fā)熱量的要求,宜在混凝土中摻入適量的緩凝型減水劑。除加入減水劑外,有些混凝土還要根據(jù)需要加入其他外加劑,如引氣劑、膨脹劑、泵送劑等。

  4.除以上3點外,還要適當(dāng)降低原材料的溫度。

  二、大體積混凝土的澆筑與振搗

  澆筑方案,除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外,還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響,常采用的方法有以下幾種:

  1.全面分層。即在第一層全面澆筑完畢后,再回頭澆筑第二層,此時應(yīng)使第一層混凝土還未初凝,如此逐層連續(xù)澆筑,直至完工為止。這種方案適用于結(jié)構(gòu)平面尺寸不太大,施工時從短邊開始,沿長邊推進(jìn)比較合適。必要時可分成兩段,從中間向兩端或從兩端向中間同時進(jìn)行澆筑。

  2.分段分層;炷翝仓䲡r,先從底層開始,澆筑至一定距離后澆筑第二層,如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多,所以澆筑到頂后,第一層末端的混凝土還未初凝,又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時間內(nèi)要求供應(yīng)的混凝土較少,結(jié)構(gòu)物厚度不太大而面積或長度較大的工程。

  3.斜面分層。要求斜面坡度不大于1/3,適用于結(jié)構(gòu)長度大大超過厚度3倍的情況。混凝土從澆筑層下端開始,逐漸上移;炷恋恼駬v也要適應(yīng)斜面分層澆筑工藝,一般在每個斜面層的上、下各布置一道振動器。上面的一道布置在混凝土卸料處,保證上部混凝土的搗實。下面一道振動器布置在近坡腳處,確保下部混凝土密實。隨著混凝土澆筑的向前推進(jìn),震動器也相應(yīng)跟上。

  三、混凝土的溫控措施

  1.水化熱溫升控制措施

  混凝土升溫時間較短,根據(jù)工程實踐,一般在澆筑后的二至三天內(nèi),混凝土彈性模量低、基本處于塑性與彈塑性狀態(tài),約束應(yīng)力很低。當(dāng)水化熱溫升至峰值后,水化熱能耗盡,繼續(xù)散熱引起溫度下降,隨著時間逐漸衰減,延續(xù)10余天至30余天。作為工程預(yù)控指標(biāo),可采取保溫與降溫措施的有:1)采用冰水配制混凝土,或混凝土廠址配置有深水井,采用冰涼的井水配置;2)粗細(xì)骨料均搭設(shè)遮陽棚,避免日光曝曬;3)選用低水化熱的P.O.普硅水泥,并利用摻合料減少水泥單方用量。

  2.混凝土拆模時,混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應(yīng)包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。

  3.采用內(nèi)部降溫法降低混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)部降溫法是在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管,通入冷卻水,降低混凝土內(nèi)部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進(jìn)行,還有常見的投毛石法,均可有效控制因混凝土內(nèi)外溫差而引起的混凝土開裂。

  4.保溫法是在結(jié)構(gòu)外露的混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料(如草袋、鋸木、濕砂等),在緩慢的散熱過程中,使混凝土獲得必要的強度,以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。

  大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)與措施直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能,如何采取更好的方法來降低混凝土的水化熱,摻和料的用量該如何控制,混凝土原材料的溫度是否可以再降低?這些都有待于在施工實踐中進(jìn)一步積累經(jīng)驗,采取有效措施,使大體積混凝土澆筑中出現(xiàn)的開裂問題能得到更好的解決。