[淺析大體積混凝土裂縫材料控制措施]大體積混凝土測溫記錄

　　大體積混凝土的裂縫控制問題一直以來是一項(xiàng)頗受關(guān)注的難題，得到了廣大技術(shù)人員和學(xué)者的研究，各方面的理論知識(shí)和實(shí)踐技術(shù)都在不斷成熟和發(fā)展，但仍不能全面的解決現(xiàn)實(shí)實(shí)踐中的相關(guān)文章，文章基于材料控制的視角，對大體積混凝土裂縫的控制進(jìn)行深入剖析。
　　
　　實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)有大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，絕大多數(shù)是由溫度裂縫原因而產(chǎn)生的。防止產(chǎn)生溫度裂縫是大體積混凝土研究的重要課題，我國自20世紀(jì)60年代開始進(jìn)行研究，目前已積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)。工程上常用的防止混凝土裂縫的措施主要有：①采用中、低熱的水泥品種；②對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的分縫分塊；③在滿足強(qiáng)度和其它性能要求的前提下，盡量降低水泥用量；④摻加適宜的外加劑；⑤控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度；⑥選擇適宜的集料；⑦預(yù)埋水管、通水冷卻、降低混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度；⑧采用表面保護(hù)、保溫隔熱措施，降低內(nèi)外溫差；⑨采取防止大體積混凝土裂縫的結(jié)構(gòu)措施。
　　在大體積混凝土裂縫實(shí)際控制工程中，常常綜合的使用以上方法，各種方法發(fā)展至今已經(jīng)不走向成熟，并擁有各自的特點(diǎn)，文章則著重對大體積混凝土裂縫材料控制措施進(jìn)行分析。
　　選擇混凝土原材料、優(yōu)化混凝土配合比的目的是使混凝土具有較小的抗裂能力，具體說來，就是要求混凝土的絕熱溫升較小、抗拉強(qiáng)度較大、極限拉伸變形能力較大、熱強(qiáng)比較小、線脹系數(shù)較小，自生體積變形最好是微膨脹，至少是低收縮。落實(shí)到具體，筆者主要從以下方面進(jìn)行分析。
　　1.水泥和水的選擇
　　1.1降低水化熱
　　水泥在水化過程中所放出的熱量，稱為水化熱。水化熱在大體積混凝土工程中是不利的，積聚在混凝土內(nèi)部的水化熱不易散出來，常使內(nèi)部溫度高達(dá)50℃～60℃，由此造成的溫度應(yīng)力將使混凝土產(chǎn)生裂縫。水泥礦物的放熱量和放熱速度具有以下順序，見表1及表2。
　　 由表2可以看出，四種主要礦物在熟料中的相對含量變化時(shí)，水泥性能隨之改變。大體積混凝土若要使用水化熱較低的水泥時(shí)，則應(yīng)當(dāng)適量提高硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣的含量，并限制鋁酸三鈣和硅酸二鈣的含量。
　　水化熱是大體積混凝土結(jié)構(gòu)在選用水泥品種時(shí)，應(yīng)考慮的主要因素之一，除此以外還應(yīng)綜合考慮強(qiáng)度、坍落度等因素，以確定合適的水泥品種。某些水泥的水化熱雖然低，但強(qiáng)度也低，在配制混凝土?xí)r，為達(dá)到要求的強(qiáng)度，必將需用較多的水泥，結(jié)果混凝土的發(fā)熱量可能比采用水化熱較大、強(qiáng)度較高的水泥時(shí)還要大。目前在大體積混凝土中應(yīng)用最多的是礦渣硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。
　　1.2減少水泥用量
　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，水化熱與水泥用量成正比，每立方米的混凝土中水泥用量每增減10kg，水泥水化熱使混凝土的溫度相應(yīng)升降1℃。因此，可通過采取適當(dāng)?shù)拇胧�減少水泥用量來控制混凝土的溫升，降低溫度應(yīng)力，減少混凝土開裂的可能性。通常可以通過以下兩種途徑:
　　其一，合理選擇外加劑，可間接減少水泥用量。如在混凝土中摻入高效減水劑可減小混凝土的單位用水量，提高混凝土的和易性及早期和后期強(qiáng)度，在保證同基準(zhǔn)混凝土有相同工作性強(qiáng)度，滿足施工需要的前提下，能較高幅度地降低水泥用量，進(jìn)而降低水化熱和減小混凝土的收縮。
　　其二，摻加優(yōu)質(zhì)摻合料以替換一部分水泥，減少水泥用量。優(yōu)質(zhì)摻合料能改善混凝土的和易性，增加膠凝物質(zhì)，降低混凝土的水灰比，使早期水化熱明顯降低。實(shí)驗(yàn)證明，摻入水泥用量15%的粉煤灰可降低水化熱15%左右。水泥水化熱隨粉煤灰摻量的增加而降低，但要注意摻量過多會(huì)降低混凝土的早期強(qiáng)度，增加混凝土的收縮，所以應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)來確定最佳摻量。
　　1.3減少用水量
　　混凝土的單位用水量越多，干縮率越大，一般用水量每增加1%，干縮率可增大2%～3%。在便于施工操作并保證振搗密實(shí)的前提下，混凝土應(yīng)盡可能取較小的坍落度，減少用水量，并把離析、泌水現(xiàn)象降到最低程度。
　　2.集料的選擇
　　大體積混凝土所需的強(qiáng)度并不是很高的，所以組成混凝土的砂石料比高強(qiáng)混凝土要高，約占混凝土總質(zhì)量的85%左右，正確選用砂石料對保證混凝土質(zhì)量、節(jié)約水泥用量、降低水化熱量、降低工程成本是非常重要的。集料的選用應(yīng)根據(jù)就地取材的原則，首先考慮成本較低、質(zhì)量優(yōu)良、滿足要求的天然砂石料。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明采用人工集料也可以做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
　　2.1粗集料的選擇
　　大體積混凝土，宜優(yōu)先選擇以自然連續(xù)級配的粗料配制，這種連續(xù)級粗集料配制的混凝土，具有較好的和易性、較少的用水量、節(jié)約水泥量、較高的抗壓強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。在選擇粗集料粒徑時(shí)，可根據(jù)施工條件，盡量選用粒徑較大、級配良好的石子。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果證明，采用5～40mm石又比采用5～20石子，每m3混凝土可減少用水量15kg左右，在相同水灰比的情況下，水泥用量可節(jié)約20kg左右，混凝土溫升可降低2℃。
　　選用較大集料粒徑，確實(shí)有很大優(yōu)越性。但是，集料粒徑增大后，容易引起混凝土的離析，影響混凝土的質(zhì)量。為了達(dá)到預(yù)定的要求，同時(shí)又要發(fā)揮水泥最有效的作用，粗集料有一個(gè)最佳的最大粒徑。對于大體積混凝土，粗集料的最大粒徑不僅與施工條件和工藝有關(guān)，而且與結(jié)構(gòu)物的配筋間距、模板形狀等有關(guān)。因此，進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，不要盲目選用大粒徑粗集料，必須進(jìn)行優(yōu)化級配設(shè)計(jì)，施工時(shí)要加強(qiáng)攪拌，細(xì)心澆筑和認(rèn)真振搗。
　　2.2細(xì)集料的選擇
　　大體積混凝土的細(xì)集料，以采用優(yōu)質(zhì)的中、粗砂為宜，細(xì)度模數(shù)宜在2.6～2.9范圍內(nèi)。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)資料證明，當(dāng)采用細(xì)度模數(shù)為2.79、平均粒徑為0.38mm的中粗砂時(shí)，比采用細(xì)度模數(shù)為2.12、平均粒徑為0.336mm的細(xì)砂，每立方米混凝土可減少水泥用量28～35kg，減少用水量20～25kg。這樣就降低了混凝土的溫升和減少了混凝土的收縮。
　　泵送混凝土的輸送管道形式很多，既有直管又有錐形管、彎管和軟管。當(dāng)通過錐形管和彎管時(shí)，混凝土顆粒間的相對位置應(yīng)會(huì)發(fā)生變化。此時(shí)，如果混凝土中的砂漿量不足，很容易發(fā)生堵管現(xiàn)象。所以，在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，可適當(dāng)提高砂率。但若砂率過大，將對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。因此，在滿足混凝土可泵性的前提下，盡可能選用較小的砂率。
　　2.3集料的質(zhì)量要求
　　集料是混凝土的骨架，集料的質(zhì)量如何，直接關(guān)系到混凝土的質(zhì)量。所以，集料的質(zhì)量技術(shù)要求，應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定�；炷�土試驗(yàn)表明，集料中的含泥量多少是影響混凝土質(zhì)量的最主要因素。若集料中含泥量過大，則對混凝土的強(qiáng)度、干縮、徐變、抗?jié)B、抗凍融、抗磨損及和易性等性能產(chǎn)生不利的影響。尤其會(huì)增加混凝土的收縮，引起混凝土抗拉強(qiáng)度的降低，對混凝土的抗裂更是十分不利。因此，在大體積混凝土施工中，石子的含泥量不得大于1%，砂的含泥量不得大于2%。
　　3.礦物摻和料
　　礦物摻和料包括粉煤灰、礦渣、硅灰、沸石粉等，適當(dāng)摻用礦物摻和料可降低混凝土的絕熱溫升、提高混凝土抗裂能力。礦物摻和料的種類、數(shù)量及摻加方式的不同，水化熱差別很大。
　　國內(nèi)當(dāng)前用的摻合料主要是粉煤灰。粉煤灰是從燒煤灰的鍋爐煙氣中收集的粉狀粒，國外把它叫做“飛灰”或者“磨細(xì)燃料灰”。把粉煤灰摻入混凝土中，就制成粉灰混凝土。因?yàn)檫@種混凝土能夠節(jié)約礦物資源和能源，減少環(huán)境污染，改善混凝土性因此它是一種經(jīng)濟(jì)的改性混凝土，開發(fā)利用粉煤灰混凝土技術(shù)已引起國內(nèi)外工程界人的高度重視。
　　粉煤灰的礦物組成相當(dāng)復(fù)雜。目前在混凝土中應(yīng)用較多的低鈣粉煤灰主要有六種物組分，即玻璃微珠、海綿狀玻璃體、石英、氧化鐵、碳粒，硫酸鹽等。這六種礦物含量較多，對粉煤灰的影響也較大。
　　由于混凝土中摻入一定數(shù)量優(yōu)質(zhì)的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉灰顆粒呈球狀具有滾珠效應(yīng)，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動(dòng)性，粘聚性保水性，并且能夠補(bǔ)充泵送混凝土中顆粒在0.315mm以下的細(xì)集料達(dá)到占15%的要求從而改善了可泵性。同時(shí)依照大體積混凝土所具有的強(qiáng)度特點(diǎn)，初期處于較高溫度條下，強(qiáng)度增長較快、較高，但是后期強(qiáng)度增長緩慢。摻加粉煤灰后、其中的活性Al2SiO2與水泥水化析出的CaO作用，形成新的水化產(chǎn)物填充孔隙增加密實(shí)度，從面改善混凝土的后期強(qiáng)度。但是值得注意是，摻加粉煤灰混凝土的早期抗拉強(qiáng)度和極限變形有降低。因此，對早期抗裂要求較高的混凝土，粉煤灰摻量不宜太多。宜在10～15%以大體積混凝土摻加粉煤灰分為“等量取代法”和“超量取代法”兩種。前者是用體積的粉煤灰取代水泥的方法，取代量應(yīng)非常慎重。前者是一部分粉煤灰取代等體積泥，超量部分粉煤灰則取代等體積砂子，它不僅可獲得強(qiáng)度增加效應(yīng)，而且可以補(bǔ)償煤灰取代水泥所降低的早期強(qiáng)度，從而保持粉煤灰摻入前后的混凝土強(qiáng)度等效。
　　4.外加劑
　　外加劑有減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑等多種類型。減水劑是最常用、最重要的外加劑，它具有減水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及強(qiáng)度不變的條件下，可減少用水量，節(jié)約水泥、降低絕熱溫升;引氣劑的作用是在混凝土中產(chǎn)生大量微小氣泡以提高混凝土的抗凍融耐久性;緩凝劑可對水泥的初期水化產(chǎn)生抑制作用，使新拌混凝土在較長時(shí)間內(nèi)保持其塑性，以利于澆灌成型，提高施工質(zhì)量，并能降低水化熱。在大體積混凝土施工中對延緩混凝土的凝結(jié)，延長混凝土的可搗實(shí)時(shí)間，推遲水泥水化放熱過程，減小溫度應(yīng)力所引起的裂縫等方面起著重要的作用;膨脹劑的摻入可置換相同重量的水泥，同時(shí)吸收部分水化熱后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在水泥水化和硬化過程中產(chǎn)生體積膨脹，這種膨脹在內(nèi)外約束條件下產(chǎn)生一定的內(nèi)壓應(yīng)力，這種內(nèi)壓應(yīng)力與冷縮或干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力相抵消，建立混凝土內(nèi)部新的應(yīng)力平衡而防止開裂。
　　5.結(jié)語
　　綜上所述，文章只是從材料方面對大體積混凝土裂縫控制進(jìn)行分析，起到了一個(gè)不斷深化的作用，而在實(shí)際大體積混凝土裂縫控制實(shí)踐中，除了在原材料方面采取各種措施外，還需在施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等方面采取相關(guān)的技術(shù)措施，綜合性的分析和控制大體積混凝土裂縫。并且各項(xiàng)技術(shù)措施并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的。因此，在大體積混凝土裂縫控制實(shí)踐中，各個(gè)方面的技術(shù)必須結(jié)合實(shí)際、全面考慮、合理采用，才能受到良好的效果。
　　參考文獻(xiàn)：
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　　作者簡介：潘承春（1972-3），男，福建省福州市人，助理工程師，主要從事建筑施工方面工作。
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