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基于土木工程大体积混凝土施工技术的研究李恒兰

发表时间：2020/1/7 来源：《建筑学研究前沿》2019年20期作者：李恒兰

[导读] 在实际应用中也会出现一系列的质量问题，裂缝是大体积混凝土结构施工最常见的一种问题。

广西建工集团第一建筑工程有限责任公司广西南宁 530000
        摘要：在众多的工程技术中，大体积混凝土结构施工技术是应用最多的技术之一，但由于一些技术不易把握及外界因素的影响，在实际应用中也会出现一系列的质量问题，裂缝是大体积混凝土结构施工最常见的一种问题。
        关键词：大体积混凝土；施工技术；裂缝


引言
        通常一个整体浇筑的混凝土结构，会受到外力约束及内部张力的制约，遇到热胀冷缩，容易出现裂缝变形，给整个工程质量造成威胁，因此，采取有效技术措施，对所存在的问题进行预防控制，是提高整个工程质量保障。
        1、大体积混凝土的相关概念
        我国《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018里规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，称之为大体积混凝土。现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。它主要的特点就是体积大，表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。
        2、大体积混凝土结构裂缝产生的原因
        2.1大体积混凝土结构裂缝的概述
        大体积混凝土裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性较严重；深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。
        大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素：由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗拉强度很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度，会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须加以控制。
        2.2大体积混凝土结构产生裂缝的主要原因
        （1）水泥水化热
        水泥在水化过程中产生大量的热量，是大体积内部热量的主要来源。由于大体积砼截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，使砼内部的温度升高，最高的温度大发生在浇筑3至5天后，当砼的内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形，温差越大，温度应力也越大。当砼的抗拉强度不足以抵抗温度应力时，就会产生温度裂缝。这就是大体积砼容易产生裂缝的主要原因。
        （2）约束条件
        大体积钢筋砼与地基浇筑在一起，早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于砼的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使砼与地基连接不牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，产生较大的拉应力，若超过砼的抗拉强度，也就会出现垂直裂缝。
        （3）外界气温变化
        大体积砼在施工期间，外界气温的变化对砼的开裂有重大影响。砼内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和砼的散热温度三者叠加。外界温度越高，砼的浇筑温度也越高。外界温度下降，也会增加外层砼与砼内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积砼出现裂缝。
        （4）砼的收缩变形
        砼的拌合水中，只有约20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸发。砼中多余水分的蒸发是引起砼体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。

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        3、大体积混凝土结构施工技术分析
        3.1建筑施工设计
        设计是建筑施工的重要基础，相关人员在设计期间应该保障其科学合理性，对当地的环境气候进行综合考虑，对钢筋位置合理设置，根据相关指标，明确混凝土形状，最大限度的提升散热范围，有效缓解混凝土内部的温度应力。与此同时，需要对二次浇筑环节明确规定，可以添加聚丙烯纤维网，提高抗拉性能。
        3.2混凝土温度控制
        （1）大体积混凝土选用的原材料
        水化热是目前解决混凝土裂缝的主要问题，在保障施工质量的前提下，应该尽量降低水泥用量，添加适量减水剂。大体积混凝土所选用的原材料应注意几点：粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂；外加剂宜采用缓凝剂、减水剂；掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等；大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的含量，降低水泥用量；水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等。
        （2）大体积混凝土浇筑温度
        浇筑温度是指砼出罐后，经运输、振捣后的温度。要降低浇筑温度必须从降低砼出机温度入手，其目的是降低大体积砼的总温升值，减小结构的内外温差。降低砼出机温度最有效的方法是降低石子的温度，由于夏季气温较高，可要求商品砼供应商在砂、石堆场搭设遮阳装置，防止太阳直接照射，或使用前作淋水冲洗。此外，调整浇筑时间为以夜间浇筑为主，以免因暴晒而影响质量。
        （3）大体积混凝土降温及养护控制
        大体积砼的温度变化，先是一个升温过程，升到最高点后就慢慢降温，升温的速度要比降温的速度大。根据工程统计，一般的大体积砼浇筑后3至5天出现最高点。如大体积砼升温时内表温差过大，会造成表面裂缝；那么降温速率过快，会造成贯穿性冷缩缝，也是绝对不允许的，目前对于大多数施工单位来说采用降温速率取≤1~1.5℃/d。
        砼养护可遵循降温速率"前期大后期小"的原则。因养护前期砼处于升温阶段，弹性模量、温度应力较小，而抗拉强度增长较快，在保证砼表面湿润的基础上应尽量少覆盖，让其充分散热，以降低砼的温度，亦即养护前期砼降温速率可稍大。养护后期砼处于降温阶段，弹性模量增加较快，温度应力较大，应加强保温，控制降温速率。
        大体积砼养护时的温度控制一般有两种方法：一种是降温法，即在砼浇筑成型后，通过循环冷却水降温，从结构物的内部进行温度控制；另一种是保温法，即砼浇筑成型后，通过保温材料、碘钨灯或定时喷浇热水、蓄存热水等办法，提高砼表面及四周散热面的温度，从结构物的外部进行温度控制。保温法基本原理是利用砼的初始温度加上水泥水化热的温升，在缓慢的散热过程中，使砼获得必要的强度。
        4、抗裂性能提升技术
        在施工过程中，来预防混凝土裂缝出现的技术方法有许多。在混凝土配比时，要挑选适当的材料，根据相关技术标准通过实验来寻求最恰当的混凝土配比，重视混凝土搅拌，避免出现离析。此外，可以在混凝土中添加合适的配筋，配筋具有间距小、直径小的特征，可以增强混凝土的抗裂性；在合理范围内，可以使用添加剂来控制混凝土自缩的情况，控制热胀冷缩在科学标准中。
        5、约束力控制
        针对外部约束力，可在大体积混凝土和地基之间设置一个砂垫层来保障混凝土的灵活度。而针对内部约束力，则可以采用暖棚法或者是蓄水法的方法，以此能够缓解混凝土内外温差。
        结语
        总之，在土木工程施工中，应用大体积混凝土结构的数量在不断增加，对于大体积混凝土施工质量也有了新的要求，施工人员应认真分析裂缝产生原因，并在施工设计、温度应力控制、抗裂性提升、约束力控制以及施工过程控制方面采取相应的技术，从根本上预防裂缝问题，保证施工的科学性，提升施工质量。

        参考文献
        [1]陶金华.大体积混凝土结构施工技术在土木工程中的应用[J].现代物业（中旬刊），2019（3）：210.
        [2]杨康.土木工程建筑中大体积混凝土结构的施工技术探讨.《当代旅游（下旬）》2018年第07期
        [3]《混凝土结构工程施工质量验收规范》施工技术，2015，44（13）
        [4]《高层建筑混凝土结构技术规程》建设科技，2014（3）：29-30，41