论大体积混凝土施工中温度及收缩裂缝的控制

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1、论大体积混凝土施工中温度及收缩裂缝的控制黄国华1引言1.1大体积混凝土国内外发展状况目前，国内外关于大体积混凝土施工的研究主要体现在以下两个方面：一方面，早期为了防止大体积混凝土构件过长，致使构件底部(对放置于地基土上的构件而言)或者是构件的部分断面(受竖向构件约束的大体积混凝土梁板)在收缩过程中产生过大的约束应力，及当这种应力超过混凝土在此龄期时的抗拉强度，混凝土将产生裂缝，而特意将一个构件用伸缩缝分成若干段。伸缩缝间距研究也就成为大体积混凝土结构的主要研究对象。又为了防止大体积混凝土在施工过程中，由于混凝土灌注而造成大量的热量堆积，采用分层、分块、分段间歇浇灌散热的方法使混凝土

2、的内部温度与表面温度差值小于产生裂缝的温差。同时，还有以减少混凝土内部约束等为主要研究内容的施工技术的研究，如用后浇带等分隔施工方法等。另一方面，为了解决前面研究理论不能解决的主要问题，在大体积混凝土的设计及施工的后期研究过程中，主要表现在混凝土组成材料的物理、化学性能(如水泥水化热的释放速度和水化热的热容量大小，砂、石粒径及组成成分，矿物质的温度对混凝土内部温度的影响，各种外加剂的性能等)和混凝土的配比，保温、养护及绝热、降温等方法的研究。在大体积混凝土问题上，朱伯芳等人对水工混凝土结构的温度应力和裂缝控制进行了深入的研究。从1956年开始，朱伯芳对混凝土温度应力问题作了系统研究

3、，阐明了混凝土温度应力发展的基本规律，提出了混凝土浇筑块、基础梁、重力坝、船坞、孔口、库水温度、寒潮、水管冷却等一系列计算方法。王铁梦对工业与民用建筑工程中大体积混凝土裂缝控制进行了研究。系统分析了建筑物的裂缝的发展变化规律，提出了有效的裂缝控制设计和施工措施，在总结宝钢、地铁建设、合流污水等重大工程裂缝实践经验的基础上，还运用综合研究方法，结合设计、施工、材料、地基、环境条件，提出“抗”与“放”的设计原则，统一了留缝与不留缝的两种设计流派的技术观点，结合实践提出了伸缩缝间距及裂缝控制的计算公式，并在工程中得到广泛应用。1.2存在问题大体积混凝土的裂缝控制问题是一项国际性的技术难题

4、。最早的大体积混凝土结构是水坝码头，建筑工程中最早出现在大型设备基础。而在工业与民用建筑中能称得上大体积混凝土的多见于高层建筑的基础工程中，这些基础工程的厚度一般都在5m以内，都可通过设计、施工、材料，以及通过“抗”与“放”的设计原则来控制混凝土温度及温度裂缝。随着高层建筑高度的增加，要求基础底板的厚度越来越厚，如果基础底板厚度达到10m以上时，就会产生一系列新的问题。为了控制混凝土温度及温度裂缝，首先应从材料方面考虑，进一步研究优化低水化热混凝土配合比，就成为解决大体积混凝土裂缝控制的主要问题之一。其次是施工缝的留设，以减少大体积混凝土的体量。在工业与民用建筑中，常见的设缝方式多

5、是竖缝，设置水平施工缝的做法虽有但还比较少见。由于超高层建筑基础底板厚度较厚、钢筋密集，垂直施工缝的留设，质量往往难以保证，而水平施工缝却能更好地解决此类问题。另外水平施工缝也会为复杂围护体系的换撑带来方便，所以留设水平施工缝应该引起重视。但由于目前留设水平施工缝的理论研究比较少，设置水平施工缝后，新旧混凝土的结合面的温度传递以及受力情况就成为又一个值得研究的问题。2大体积混凝土施工中温度及收缩裂缝的控制2.1超大体积低水化热、低收缩混凝土技术从材料角度分析，大体积混凝土裂缝产生的主要原因是由温度变形、湿胀干缩变形引起的。混凝土的温度变形主要由两部分组成：第一，在混凝土硬化过程中，

6、由于水泥的水化热产生大量热量，大体积内部因散热缓慢而使其温度不断升高，产生内外温差，内部混凝土膨胀，而外部混凝土经散热，温度降低而收缩，形成表面裂缝；第二，由于环境温度的变化，根据混凝土热胀冷缩的性质，在温度下降后混凝土必将产生收缩而产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，将产生裂缝。混凝土的干缩变形是由于混凝土中水分蒸发而引起的。当混凝土在空气中硬化时，其中的水分会逐渐蒸发，使水泥石中的胶凝体逐渐干燥而产生收缩，从而产生干缩变形。在混凝土受到某种约束的情况下，干缩变形会使混凝土出现较大的拉应力，特别是在初凝阶段，由于混凝土抗拉强度较低，容易引起混凝土开裂。因此，如何优化混凝土

7、配合比，在保证混凝土强度等级的前提下，使用适当的缓凝减水剂，减少水泥用量，延缓水泥水化放热速率，以减小水化热，同时掺加矿粉、粉煤灰等活性混合材料，替代部分水泥，有效地减小水化放热量来控制混凝土温度变形、湿胀干缩变形，已成为控制大体积混凝土裂缝的重要途径之一。根据已往大体积混凝土的施工经验，一般采取粉煤灰和矿粉的双掺技术降低水泥用量，延迟水化热峰值出现的时间，同时对工程的特点除了继续保留双掺技术外，还必须在外加剂材料上有所革新，进一步减小混凝土温度变形和干缩变形，进一步