高原高寒地区大体积混泥土防开裂措施试验研究

高原高寒地区大体积混泥土防开裂措施试验研究

李超凡

四川鸿岱建筑工程有限责任公司，857000

摘要：随着城市建设的不断加快，物流的不断发展，普通的地面空间已经无法满足物流运输的需要，城市中的高架快速物流通道应运而生，致力于改善人们生活，提高出行便利性，为城市现代化建设奠定基础。不过在工程建设中，由于高架桥本身的一些特点，许多高架桥需要应用大体积混凝土技术，但是大体积混凝土容易出现裂缝问题，这与施工人员技术水平有直接关系。因此在实际作业中，就需做到规范管理，引进先进技术，降低大体积混凝土裂缝出现的概率，保证工程的质量。本文主要分析高原高寒地区大体积混泥土防开裂措施试验研究。

关键词：大体积混凝土；施工建设；温度控制

引言

工程中大体积混凝土裂缝问题的出现较为频繁，对工程质量和安全带来了较大影响，如影响的安全性、影响其使用功能的发挥，也缩短了的使用寿命。对此，工程各参加单位及参与人员就应加大裂缝防治力度，制定科学的解决措施，做好裂缝的检查与处理，最大程度地减弱裂缝影响，以此优化工程质量，保证的正常使用功能。鉴于后期很难修复工程发生裂缝产生的质量影响，所以关键在于施工事前控制，大体积混凝土施工时应进行专项施工方案编制、并经各单位审批通过后方可实施，实施过程严格按方案要求进行控制、确保各项管理措施落实到位，以保证工程大体积混凝土施工的质量。

1、建筑施工中混凝土裂缝分类

建筑施工中混凝土裂缝按照不同的分类标准可以划分为多种类型。按照裂缝成因可将混凝土裂缝划分为由外部荷载诱发的结构性裂缝及由各类变形变化引发的非结构性裂缝两种类型；按照形成时间可将混凝土裂缝划分为施工期间裂缝、使用期间裂缝两种类型；按照形式可将混凝土裂缝划分为横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝及不规则裂缝四种类型；按照裂缝有害程度可以将混凝土裂缝划分为有害裂缝、无害裂缝两种类型。不同分类标准标志着不同意义，在建筑施工中需要根据各类型裂缝形成机理、施工环境及条件、工程建设需求等对裂缝进行分级处理，在此基础上确定裂缝控制措施，以此保证精准施策、有效解决裂缝质量问题。

2、大体积混凝土施工问题

工程技术的规模，往往会伴随着经济的发展而不断地提升，技术的应用水平也会相应提升。在工程项目的施工建设的过程中，往往就要格外地重视大体积混凝土的建设质量。在大体积混凝土施工作业的过程中，相比较传统的建筑工程混凝土施工作业，往往存在着一定的差异性，例如在混凝土的浇筑量以及体积上，有着明显的提升。

2.1温度裂缝

在进行大体积混凝土的建设过程中，温度裂缝问题一直都困扰着施工单位。温度裂缝出现的原因，主要是由于混凝土出现水热化，或者受到环境温度的影响，导致内部出现温度的较大变化，因此导致大体积混凝土中的温度承受力大于抗拉强度，从而出现裂缝问题。

2.2束缚裂缝

在混凝土降温处理过程中，混凝土温差达到一定水平之后，会受到外界条件的运输影响，导致结构体中央的断面出现内部拉应力。在这样的拉应力影响下，使得混凝土的界面出现一定的裂缝问题，形成束缚裂缝。这样的裂缝，会对混凝土的质量以及耐久性造成不良影响。

2.3过度振捣导致的开裂

过度振捣容易使粗骨料出现下沉的情况，粗骨料跟砂浆部分会出现分离，比方说那些密度比较大的颗粒，就会很容易下沉到底部，或者是不容易跟其他的一些混合料搅拌在一起，所以说为了防止这种情况的产生，在实际施工时，必须依据泵送浇筑过程中所形成的坡度的实际情况在每道浇筑带后布置三道振捣棒。前振捣棒布置在钢筋的坡脚处，确保下半部分的混凝土的密实度，而后振捣棒则需要放置在卸料点，确保上半部分的混凝土是结实的，要使用快插慢拔的方法来进行混凝土的振荡，避免混凝土的上层已经紧实了，但是下层却出现了气泡。在作业的时候，振捣人员也需要注意好，控制好振捣的时间，只要达到密实度要求就可以了，一般控制在表面出浮浆，但是不再下沉为止，避免出现工作人员过度振捣的情况。

2.4水泥水热化反应

水泥水热化反应会产生大量的水化热，导致混凝土内部温度急剧升高，与混凝土表面温度差异逐渐加大，进而使混凝土结构在温度应力的作用下产生裂缝。数据显示，普通硅酸盐水泥放出的热量可达到500J/g，再加上混凝土材料导热性能较差，水泥水热化反应产生的热量集中在混凝土结构内部难以散失。同时，工程资料表明建筑工程中混凝土材料内水泥水热化反应所引发的温升值可都达到20~30℃，不同种类、用量的水泥水热化反应剧烈程度不一，硅酸三钙、铝酸三钙含量较高的水泥水热化反应更为剧烈，产生的热量集中在混凝土成型的早期；水泥用量较高会导致其水热化反应放热集中在1~3d内，此阶段温升梯度最大，很容易导致混凝土表面产生裂缝。

2.5混凝土收缩变形

混凝土收缩变形包括混凝土沉缩、干缩及水泥合缩三种类型。其中沉缩是指在混凝土表面毛细管抽吸作用、内部粒子重力沉降影响下混凝土内部粒子空隙减小、体积减缩现象，对提升混凝土各种性能具有积极作用。但如果混凝土结构平面尺寸较大、厚度较薄，再加上原材料级配、配合比等不科学，会导致混凝土不均匀沉缩，进而诱发混凝土塑性收缩裂缝。混凝土干缩是指混凝土硬化后水分蒸发、长时间暴露在干燥空气中所产生的混凝土外包体积减缩现象。在空气干燥的环境下，混凝土表面的水分会优先蒸发，外界空气进入表层之内与内部湿空气进行交换，直至混凝土内部蒸气压与外界空气压力一致后此种交换才能停止。混凝土干缩会导致混凝土结构表面开裂甚至整体断裂问题。水泥合缩是指水泥化合物与水结合时产生的体积缩减现象，如果水泥合缩强烈且养护不及时便会诱发混凝土裂缝。

2.6养护工作不到位

工程混凝土浇筑完成需要做好养护工作，如果养护未到位，特别是内箱和外箱养护不一致将导致箱梁内部和外部的湿度相对不同，箱梁外部的水分在日照及风吹等环境下水分散发比较快，混凝土收缩形态发展也快，而混凝土内部处于相对密闭的环境，水分散发比较慢，混凝土收缩形态发展也慢，从而产生了应力差、导致裂缝的出现。所以为防止工程大体积混凝土裂缝的生产，混凝土的养护工作也是非常关键。综合以上所述的大体积混凝土裂缝成因分析，总结主要原因是由于混凝土的内部和外部温度差及温度引起变形造成的。因此，防止混凝土裂缝生成的关键措施就是控制混凝土内部和外部的温度差。此外混凝土裂缝还受内部和外部相关约束条件、外界环境气温变化及混凝土自身收缩变形的影响。

3、大体积混凝土施工技术温度控制

3.1混凝土浇筑技术

现场浇筑的过程中，由于混凝土浇筑工程量比较大，因此就需要格外地重视水化热的排出处理环节。首先，现场浇筑之前，要对模板进行浇水湿润，可以在浇筑的过程中，保持较低的温度。其次，制定浇筑方案也是影响日后浇筑情况的关键，因此相关设计人员要与施工人员做好技术性的交底工作，将机械设备与使用的资源，实现统一的调配。只有这样的建设模式，才可以保障建设的顺利进展。在实际施工建设过程中，需要有效基于浇筑平面大小合适的具体位置，对其施工点进行科学合理的安排。例如对混凝土泵车、振捣棒、班组人员进行合理安排，实现有针对性的分层、顺利浇筑。需要注意的是，为了保障浇筑的质量，要准备好多个振捣棒，要开展二次振捣处理，完成浇筑之后，还要对其进行二次抹面。

3.2材料控制措施

选择低热或中热水泥由于矿物成分和混合物含量不同，水泥的水化热明显不同。目前，矿渣硅酸盐水泥的水化热小于普通水泥的60％，并且其耐腐蚀性优于普通水泥。选择性能较好的骨料选择热学性能较好、含泥量较少的骨料，并严格控制骨料等级和泥浆含量。对于粗骨料，通常选用连续级配为10~40mm的碎石，泥浆含量为1％或以下；对于细骨料，通常细度系数为2~3.11，沙子和中型沙子的泥浆含量应不超过3％，同时，沙子中不应有有机杂质。在大体积混凝土浇筑过程中，可以抛入一定数量和标准的碎屑并掩埋，以减少水泥用量，吸收水化热，抑制大体积混凝土开裂。添加剂以减少水泥消耗在大体积混凝土中混合一定量的混合材料，可以减少水泥消耗，并有效降低大体积混凝土的水化热。目前，通常选用粉煤灰作为散装混凝土的混合材料。粉煤灰不仅可以代替部分水泥，还可以减少水化热产生的高温峰，提高混凝土的强度和密度，减少收缩和变形，并降低混凝土的可加工性。最大含量取决于水泥的类型，通常可以替代10％~30％的水泥。用粉煤灰替代30％的水泥，可以将混凝土的隔热温度降低2℃~3℃。

3.3温度应力控制技术

主要技术措施包括:一是从控制温升做起，从其内部热源分析看，可通过添加粉煤灰、减小砂率等方式，以减少水泥用量，对水化热反应加以限制，再就是水泥品类的选择，在大量使用下，低水化热水泥较为适用，如矿渣硅酸盐水泥，可有效控制发热总量，达到温控的目的。而最为直接的方式，便是对大体积混凝土进行强制降温，较常用的如内部预埋冷水管。二是要从搅拌、运输环节，加强对混凝土温控，在向搅拌设备投放材料时，需检测其温度情况，确保满足运送要求，例如在炎热夏季施工，还需对骨料进行人工降温，如，洒水、遮阳等。还需注意搅拌站站点位置选择，不应离浇筑地点过远，减少浇注温度的不可控变量，而且要备有足够搅拌运输车。三是要采取减少约束的措施，由于内、外部约束的存在，使得在温度应力下更易出现裂缝，所以，对其外部约束，以地基约束为例，可通过设计中间层的方式，如设置砂垫层，进而降低约束强度，达到允许自由变形效果。还可设置后浇带，减少大体积混凝土块内部间的约束。而对其内部约束的控制，则需着重考虑其温差因素，采取控温、保湿等养护措施，使表层与内部混凝土约束降至最小，减少裂缝发生。

3.4加强混凝土养护

浇筑后，针对土承台位置，选择覆盖一层杂草、塑料薄膜等进行养护，定期浇水使混凝土表面一直处于湿润状态，避免出现比较严重的裂缝问题、脱水问题。选择一层质量较高的塑料薄膜与其他保温材料，装置较为先进的温度测量装备与告警装置，在温差超过20℃时，及时告警，采取对应解决措施之后，后续应增加测温频率，在控制温差在20℃以内后，再将测温频率降低，确保不会因温度检测不到位出现比较严重的质量问题。而针对温差一直扩大的现象，有必要联合专业技术人员，探究其具体原因，并以此为导向来解决其实际问题。覆盖时塑料簿膜幅与幅之间接缝处应有5cm的重叠，每块棉毡之间应有10cm的重叠。棉毡应在测温设备监测下以夹花方式掀去1/2或1/3。要求养护时间至少为两周，选择塑料薄膜+土工布覆盖模式展开系统掩护，整个养护过程确保混凝土严密不透风。若是夏季，天气炎热，混凝土失水严重，选择2h/次的洒水频率，让混凝土能一直保持湿润状态。模板和保温应在混凝土强度达到设计强度等级的50%，且混凝土表面温度与外界温度差不大于20℃时拆模，拆模后的混凝土亦应及时覆盖，使其缓慢冷却，养护周期不到14d的应保持洒水养护。电梯及集水坑计划采用蓄水的方式进行养护，将电梯井中蓄满水，水平面同地下室底板面平，电梯井及集水井周边做好水平防护，避免人员误踩。

3.5降低混凝土温度差

选用建筑电子测温仪测温，按照建筑工程的推进情况与整体布置情况，选择最佳测温点位置，原则上要求均匀布置，在现场的各个区域均匀布置测温点；特殊布置要求在温度变化幅度较大的区域布置测温点。要求测温点应不布置于混凝土的各个区域，可在混凝土表面大约10cm位置布置上测点、下测点，在混凝土底板厚度中心位置布置中间测点，在混凝土表面大约15cm位置布置空气测点，在覆面保湿材料下混凝土上布置保温层测点。在测温点位置布置温度传感器，温度传感器选择以塑料袋等隔离装置包裹好置于混凝土外面，使其始终处于干燥、清洁状态；在具体的测温时，为提升测温效率效果，可选择搭配使用仪表、测温线，记录整个测温过程，一旦发现超高或者超低等不正常问题及时报告。控制好测温频率，在浇筑过混凝土之后，第一周测温频率为4h/次，进入第二周之后，选择6h/次的测温频率，测温时还需明确当时大气温度；整理、研究各项温度数据，若是温差＞23℃，应强化各项养护操作，并采取保温措施，使最大温差控制在25℃以内。当中心和表面温差大于20℃时和降温速度接近1.5℃，应立即向技术质量部报告，并采取相应措施。必要时可在承台中心平面布置一层冷却水管，遇电梯井、集水坑时，冷却水管向下往电梯井、集水坑下筏板厚度中心绕行，对温度较高的混凝土进行降温处理，控制好混凝土温度差。混凝土表面应覆盖保温材料，并保证养护时间足够长。

3.6纤维技术的运用

纤维对混凝土裂缝的抑制作用主要是通过提升混凝土材料自身的抗裂性能来实现的。纤维对混凝土的增强原理可以通过“纤维间距理论”和“复合材料理论”进行分析解释。“纤维间距理论”认为纤维掺入混凝土材料中后，可以阻碍裂缝的进一步发展和延伸。在混凝土材料受外荷载作用时，其内部固有的微裂缝会有进一步扩展的趋势，当这些微裂缝遇到桥接在基体中的纤维时，其尖端的集中应力就会被纤维削弱甚至抵消，进而有效抑制了裂缝的发展。“复合材料理论”则认为纤维的掺入使混凝土形成了一种全新的多相复合材料，其性能的提升是由各相材料性能叠加而造成的。目前正在研究和应用的纤维主要有：钢纤维、玻璃纤维、合成纤维、玄武岩纤维、天然植物纤维以及不同种类纤维混合而成的混杂纤维等。纤维可分为高弹性模量纤维和低弹性模量纤维。其中，低弹性模量纤维对混凝土的弯曲韧性、抗裂性以及延性有较好的改善作用，而在提升强度方面并没有显著的效果；高弹性模量的纤维除了可以有效抵抗混凝土裂缝的扩展外，还能有效提高混凝土抗塑性变形、抗弯曲、抗冲击以及抗疲劳能力。除上述优点外，每种纤维同样也都存在一些缺点，比如钢纤维一般掺量大，成本高，且不利于混凝土结构自重的降低；碳纤维同样生产成本较高；玻璃纤维耐碱性差，且容易脆断；聚丙烯纤维耐火性差，且容易老化失效等。关于纤维的应用我国已制定了相关规范，其具体使用方法和使用要求参见JGJ/T221-2010《纤维混凝土应用技术规程》。

结束语

综上所述，在城市高速发展背景下，引发混凝土结构开裂的因素较多，只有结合裂缝的不同类型，采取相对应的防治措施，才能有效降低和控制裂缝出现的概率，进而最大程度地减少裂缝给工程带来的损失。房屋建筑数量规模急剧增长，大体积混凝土的应用也更为普遍。尽管说大体积混凝土的应用，较好的满足房建结构设计需要，然而其具有体积大、施工条件复杂、养护要求高、裂缝病害多发等特点，加大房建施工难度。在此基础上，需重视施工要点掌控，优化浇筑施工方案，采取必要温度应力控制措施，并依据浇筑与养护技术要求，有序开展大体积混凝土施工，建立起混凝土质量保障体系，更好地服务于房屋建设。

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