巖土工程師輔導(dǎo)資料：大體積混凝混凝土土裂縫控制技術(shù)研究

巖土工程師輔導(dǎo)資料：大體積混凝混凝土土裂縫控制技術(shù)研究

大體積混凝土由于水泥凝聚硬化過(guò)程中釋放出大量的水化熱，形成較大的內(nèi)外溫差，當(dāng)溫差較大超過(guò)25℃時(shí)，混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力有可能超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度從而產(chǎn)生溫度裂縫，同時(shí)混凝土降溫階段假如降溫過(guò)快，由于厚板收縮，又受到強(qiáng)大的摩阻力，可能導(dǎo)致收縮貫穿裂縫。此外，混凝土本身的收縮也可能造成裂縫的產(chǎn)生。因此大體積混凝土存在的主要問(wèn)題是裂縫的掌握。

2.大體積混凝土的概念

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于大體積混凝土尚無(wú)一個(gè)明確的定義。我國(guó)有的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，當(dāng)根底邊長(zhǎng)大于20m，厚度大于1m，體積大于400m3時(shí)稱大體積混凝土；有的則認(rèn)為混凝土構(gòu)造物實(shí)體最小尺寸等于或大于1m，或估計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，導(dǎo)致裂縫的混凝土為大體積混凝土。

3.大體積混凝土的主要類型

目前主要依據(jù)混凝土的種類和要求的性能進(jìn)展分類。根據(jù)混凝土種類主要分為不含鋼筋的素混凝土、含鋼筋的鋼筋混凝土或摻入鋼纖維的鋼纖維混凝土；根據(jù)要求的性能主要分為干硬性混凝土、低流態(tài)混凝土、高流態(tài)混凝土和常態(tài)混凝土等。

4.大體積混凝土的特點(diǎn)及施技術(shù)要求

大體積混凝土構(gòu)造厚、體形大、鋼筋密、一次澆注量大、施工時(shí)間長(zhǎng)、施工工藝要求高、受環(huán)境影響大，澆注完畢后，由于體積過(guò)大，造成混凝土水化熱大，溫度場(chǎng)梯度大，混凝土“內(nèi)熱外冷”極易產(chǎn)生裂縫。工程實(shí)踐證明，大體積混凝土施工難度比擬大，混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)率較多。

5.大體積混凝土裂縫的主要類型

5.1干縮裂縫

混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。是混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，外表水分損失過(guò)快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，較大的外表干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

5.2塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣消失，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)，且長(zhǎng)短不一，互不連貫狀態(tài)。常發(fā)生在混凝土板或比外表積較大的墻面上，較短的裂縫一般長(zhǎng)20～30cm，較長(zhǎng)的裂縫可達(dá)2～3m，寬1～5mm.從外觀分為無(wú)規(guī)章網(wǎng)絡(luò)狀和稍有規(guī)章的斜紋狀或反映出混凝土布筋狀況和混凝土構(gòu)件截面變化等規(guī)章的外形，深度一般3～10cm，通常延長(zhǎng)不到混凝土板的邊緣。

5.3沉陷裂縫

沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于構(gòu)造地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實(shí)或浸水而造成不勻稱沉降所致。或者由于模板剛度缺乏，模板支撐間距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致混凝土消失沉陷裂縫。特殊是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不勻稱沉降，致使混凝土構(gòu)造產(chǎn)生裂縫。

5.4溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土外表或溫差變化較大地區(qū)的混凝土構(gòu)造中?；炷翝沧⒑螅谟不^(guò)程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升。而混凝土外表散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差。較大的溫差造成混凝土內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土外表產(chǎn)生肯定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極，混凝土外表就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。

6.大體積混凝土裂縫的材料掌握技術(shù)

6.1水泥的合理選取

優(yōu)先選用收縮小的或具有微膨脹性的水泥。由于這種水泥在水化膨脹期（1～5d）可產(chǎn)生肯定的預(yù)壓應(yīng)力，而在水化后期預(yù)壓應(yīng)力局部抵消溫度徐變應(yīng)力，削減混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力，提高混凝土的抗裂力量。

6.2骨料的合理選取

選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈性模量低、外表清潔無(wú)弱包裹層、級(jí)配良好的骨料，這樣可以獲得較小的空隙率及外表積，從而削減水泥的用量，降低水化熱，削減干縮，減小了混凝土裂縫的開(kāi)展。

6.3盡可能削減水的用量

水對(duì)混凝土具有雙重作用，水化反響離不開(kāi)水的存在，但多余水貯存于混凝土體內(nèi)，不僅會(huì)對(duì)混凝土的凝膠體構(gòu)造和骨料與凝膠體間的界面過(guò)度區(qū)相的構(gòu)造進(jìn)展帶來(lái)影響，而且一旦這些水分損失后，凝膠體體積會(huì)收縮，假如收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)界面過(guò)度區(qū)相的抗力，就有可能在此界面區(qū)產(chǎn)生微裂縫，降低混凝土內(nèi)部反抗拉應(yīng)力的力量。再者，大體積混凝土一般強(qiáng)度都不是很高。

7.混凝土凝聚硬化過(guò)程的掌握

宏觀上，硬化混凝土在約束條件下，收縮變形會(huì)產(chǎn)生彈性拉應(yīng)力，拉應(yīng)力的近似值最初可假定為楊氏模量和變形的乘積，當(dāng)誘導(dǎo)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土材料就會(huì)開(kāi)裂。但事實(shí)上，由于混凝土是一種兼具粘性和延展性（徐變）的簡(jiǎn)單相組成的非均質(zhì)材料，一些應(yīng)力被徐變松弛所釋放，混凝土是否產(chǎn)生裂縫是徐變應(yīng)力松弛后的剩余應(yīng)力所打算。

8.外加劑與摻合材料的掌握

8.1粉煤灰

混凝土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，削減收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，抑制堿集料反響，削減新拌混凝土的泌水等。這些諸多好處均將有利于提高混凝土的抗裂性能。但是同時(shí)會(huì)顯著降低混凝土的早期強(qiáng)度，對(duì)抗裂不利。試驗(yàn)說(shuō)明，當(dāng)粉煤灰取代率超過(guò)20%時(shí)，對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響較大，對(duì)于抗裂尤其不利。

8.2硅粉

（1）抗凍性：微硅粉在經(jīng)過(guò)300～500次快速凍解循環(huán)，相對(duì)彈性模量隆低10～20%，而一般混凝土通過(guò)25～50次循環(huán)，相對(duì)彈性模量隆低為30～73%.（2）早強(qiáng)性：微硅粉混凝土使誘導(dǎo)期縮短，具有早強(qiáng)的特性。（3）抗沖磨、控空蝕性：微硅粉混凝土比一般混凝土抗沖磨力量提高0.5～2.5倍，抗空蝕力量提高3～16倍。

8.3減水劑

緩凝高效減水劑能夠提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，并對(duì)削減混凝土單位用水量和膠凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力學(xué)、熱學(xué)、變形等性能起著極為重要的作用。

8.4引氣劑

引氣劑除了能顯著提高混凝土抗凍融循環(huán)和抗侵蝕環(huán)境的力量外，能顯著降低新拌混凝土的泌水，提高混凝土的工作度，降低混凝土的彈性模量，優(yōu)化混凝土體內(nèi)微