关于大体积混凝土防裂探讨

    大体积混凝土开裂后，其功能与原状混凝土功能相差很大，尤其是对耐久性(浸透性)的影响更大，而混凝土浸透反过来又会加快和促进混凝土的进一步恶化，严重影响结构的长时刻安全和耐久运转。而裂缝大多又是在前期发生的，因而，讨论裂缝发生的原因和避免裂缝的出现就显得分外重要。经过对大体积混凝土裂缝发生的原因和类型的论述，从各个环节提出了避免裂缝的归纳办法。

    大体积混凝土结构开裂一直是工程界所亲近注重的课题。曩昔，简直都选用“温控防裂规划原则”来操控混凝土裂缝。但是，近期的研讨成果标明，“温控防裂原则”并不能彻底真实地反映混凝土前期热应力和热应力开展状况，温度已不是仅有影响前期混凝土温度诱导裂缝的决定性要素。人们知道到前期混凝土变形“束缚度”和硬化混凝土的“过境力学功能”的重要性，并实践考虑使用各种实验或监测手法，经过“过境资料功能”特性研讨和凭借先进的计算机模仿技术，估量和猜测前期混凝土的温度应力和裂缝状况。国外从十年前就已开端系统研讨怎么避免混凝土前期热裂缝，有些大型实验组织或实验室都开发和研制裂缝实验架和温度—应力实验机（简称TST设备）。
     1 大体积混凝土裂缝的原因和首要类型
     发生裂缝危险的原因许多，归纳起来首要包含三类：结构规划不合理引起的裂缝；混凝土本身功能（力学、变形及热学功能）引起的裂缝；外部环境要素和束缚条件引起的裂缝，三者既彼此相关又彼此影响。
     混凝土前期开裂是极端要害的，因为后期开裂是在前期开裂或前期潜在开裂的基础上,受外力（荷载、外环境腐蚀等）效果而使混凝土的耐久性遭受损坏后开展和演化而来。混凝土前期开裂分为前期沉降裂缝、前期外表干缩裂缝和前期热裂缝。前期沉降裂缝是在泌水和沉陷较大且沉降物遭到束缚的状况下发生的，可经过合作比优化规划，削减泌水，下降沉陷趋势和复振等办法消除或避免。前期外表干缩裂缝首要是在高温、低湿度和高风速等恶劣气候条件下，骨料和模板吸水、水分蒸腾丢失以及水泥—水系统体积削减引起混凝土外表开裂。它能够经过加湿骨料与模板，设置临时屏风减小混凝土外表的风速，设置临时遮阳篷下降混凝土外表的温度，下降混凝土初始温度，用聚乙烯薄膜或麻袋临时覆盖混凝土外表以最大极限的削减水分蒸腾，抹面后进行喷雾或涂改维护剂等消除或避免。可见前两种前期开裂是能够消除或避免的，只需前期热裂缝是较难猜测和操控的。
    2 避免和削减混凝土裂缝的途径和办法
    既然裂缝的发生与混凝土的温度变化和受束缚程度有关，那么避免和削减混凝土开裂的途径应该环绕进步混凝土的抗裂才能、削减温度变化要素、削减混凝土结构中的束缚应力和变形、尽量避免环境要素的影响等进行讨论。
    2.1 进步混凝土的归纳抗裂才能
    2.1.1 优选混凝土各种原资料
     在挑选大体积混凝土用水泥时，在条件答应的状况下，应优先选用缩短性小的或具有微胀大性的水泥。因为这种水泥在水化胀大期（1～5 d）可发生必定的预压应力，而在水化后期预压应力可部分抵消温度徐变应力，削减混凝土内的拉应力，进步混凝土的抗裂才能。为此，水泥熟猜中的碱含量应低且适合，熟猜中MgO含量在3.0%～5.0%，石膏与C3A的比值尽量大些，C3A、C3S和C2S含量应别离操控在5.0%以内、50.0%左右和20.0%左右，这种熟料份额的水泥具有长时刻安稳的微胀大抗裂功能。
骨料在大体积混凝土中所占份额一般为混凝土肯定体积的80%～83%，因而，在挑选骨料时，应挑选线胀大系数小、岩石弹模较低、外表清洁无弱包裹层、级配杰出的骨料。
     砂除满足骨料规范要求外，应适当放宽石粉或细粉含量，这样不只有利于进步混凝土的作业性，并且可进步混凝土的密实性、耐久性和抗裂性。有研讨标明，砂子中石粉份额一般在15%～18%之间为宜。
     粉煤灰只需细度与水泥颗粒相当，烧失量小，含硫量和含碱量低，需水量比小，均可掺用在混凝土中运用。混凝土中掺用粉煤灰后，可进步混凝土的抗渗性、耐久性，削减缩短，下降胶凝资料系统的水化热，进步混凝土的抗拉强度，按捺碱骨料反响，削减新拌混凝土的泌水等。这些许多好处均将有利于进步混凝土的抗裂功能。
     高效减水剂和引气剂复合运用对削减大体积混凝土单位用水量和胶凝资料用量，改善新拌混凝土的作业度，进步硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等功能起着极为重要的效果，也是混凝土向高功能化开展的不可或缺的重要组分。
    2.1.2 精心规划混凝土合作比
     混凝土合作比规划时，在确保混凝土具有杰出作业性的状况下，应尽可能的下降混凝土的单位用水量，选用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高功能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的规划原则，出产出“高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值”的抗裂混凝土。
     2.2 加强混凝土前期功能和过渡区功能开展的研讨
     2.2.1 凭借先进的声光仪器研讨混凝土微观结构
    以往，人们过多的会集在研讨混凝土的宏观力学和变形功能上，对水泥—矿藏掺和料—外加剂系统水化进程和过渡区界面构成及结构的研讨较少。众所周知，凝胶体和骨料的形状和结构都比较细密，但它们混合组成混凝土后，在骨料和凝胶体间构成很薄的过渡区，而恰恰是过渡区的微观结构影响着混凝土的功能，尤其是前期抗裂性和抗浸透性。因而，凭借先进的声光仪器，对优化混凝土组分系统和改善混凝土功能进行研讨是往后的课题之一。事实上，进行过渡区研讨的目的就是要找出裂缝发生的缘由并依此制订避免裂缝的办法及详细方案和办法。
    2.2.2 注重混凝土前期功能研讨
    前期功能对混凝土的影响不容忽视。大体积混凝土前期极易开裂，这是因为大体积混凝土在2～5 d水化放热温升很高（一般在1～3 d内温升达终究温升的1／2以上），但这期间混凝土的强度和杨氏模量很低。国外Byfors和Umehera等人已做过一些实验研讨，前期功能和后期功能之间存在“拐点”，这就是前面我们说到的“过境力学功能”的概念。因而，加强混凝土前期强度、弹性模量、本身体积变形、干缩变形以及绝热温升等的开展演化对进一步知道和了解混凝土前期功能，进步和改善混凝土的各项功能都有着重要的指导意义。
别的，还应该模仿现场状况，经过前期开裂实验架和力学模型研讨、剖析和评估前期热裂缝及其热裂缝危险。图2中，Tz1为第一零应力温度；Tz2为第二零应力温度；Tc为开裂温度。
    2.3 加强原形观测，进步和改善规划
    笔者在某工程现场作业时，曾向业主提出，在完好坚固的砂岩地基上，厂房44 m不分缝和泄洪闸30 m分缝的规划不合理，混凝土浇筑后经过一个冬天后均发现不同程度的细裂缝。尤其是第一个枯水时节施工的三孔泄洪闸裂缝的散布和方式是极端类似的，是系统原因形成，并且裂缝暗示结构规划的不合理性。后来，业主延聘有经历的规划和施工专家进行复核规划和咨询，将泄洪闸30 m分缝改为15 m分缝，至今没有发现结构性裂缝。
    2.4 选用归纳办法，操控混凝土初始温度
    混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极端灵敏的。当混凝土从零应力温度T2下降到混凝土开裂的温度Tt时，t时刻的混凝土拉应力σt超过了t时刻的混凝土极限拉应力σtu。因而，经过下降混凝土内的水化热温度(首要经过掺用高效减水剂削减用水，削减胶凝资料，多掺粉煤灰和矿藏掺和料)和混凝土初始温度(经过骨料水冷和风冷降温、加冰和加冷却水搅拌、各出产环节加强保温以免冷量丢失等办法，下降混凝土初始温度)，削减和避免裂缝危险。
    2.5 人工操控硬化混凝土内部温度
    人工操控混凝土温度的办法(如：体内埋设冷却水管和风管、外表浇水冷却、外表保温资料维护)首要是针对后期而言，对前期因热原因引起的裂缝是无助的。比方外表保温资料维护能够削减内外温差，但不可避免的引起混凝土体内温度T1很高，从受束缚而导致贯穿裂缝的视点看，是一个潜在恶化裂缝的条件。因为体内热量迟早是要散发掉的。别的人工操控混凝土温度还需留意的问题是避免“过速冷却”和“超冷”，过速冷却不只会使混凝土温度梯度过大，并且前期的过速超冷会影响水泥—胶系统统的水化程度和前期强度，更易发生前期热裂缝。超冷会使混凝土温差过大，引起温差裂缝。
    2.6 拆模后及时杰出的维护
     新浇筑的混凝土就象刚刚出世的婴儿，需求关怀关怀和保护。混凝土的维护不只对避免前期外表裂缝显得重要，它对混凝土后期强度的开展、混凝土的进一步老练和耐久性等也相同重要，在曩昔许多工程的施工和办理中对维护的重要性没有充分的知道。
    2.7 现场什物模型浇筑并进行观测
    为了证明混凝土的作业性和其他与施工和规划有关的特性，在施工现场进行实验性浇筑什物模型并进行观测是十分重要的。一起，对断定和验证水化反响和放热状况，以及核实混凝土温度和裂缝操控状况是极为有用和必不可少的。
    无论是强度实验仍是绝热温升实验，在实验室进行实验时，维护条件和散热状况与现场相差极大。我们曾在工程中做过两组规范维护和天然湿维护对照实验，一组是在冬天（环境气温5.6～14.7℃）进行，另一组是在夏日（环境气温22.0～33.5℃）进行。对同一批次搅拌的混凝土，一组试件拆摸后存放在规范维护室，而另一组试件拆摸后存放在天然环境中进行湿维护，成果发现，冬天对照组的后者的前期强度比前者低，而夏日对照组的后者的前期强度比前者高。这是因为成型试件初始温度为8℃，低温状况下前期水化反响缓慢，高温状况下则相反。因而，维护对混凝土的功能影响不容忽视，在往后应加强温度匹配维护研讨。
    2.8 精确地树立数字应力模型
    为了更精确地树立数字应力剖析模型，必须选用现代应力剖析办法或应力危险剖析，并使用这些剖析来查询相对有用的裂缝操控办法。关于大型工程，主张进行前期力学、热学、变形等功能实验，并凭借开裂实验架或温度—应力实验设备的成果提出开裂温度，进行裂缝危险的精确估量和评估。
    2.9 施工期拟定严厉的裂缝检测、操控和确诊原则
    工程建造大多都实施业主担任运营和投标承揽机制，拟定严厉的裂缝检测、操控和确诊原则不只有利于工程的办理和职责危险的区分和分管，并且为承揽商和规划者供给技术创新和改造的时机，也有利于进步工程的总体施工和办理水平，建造契合规划要求、耐久的工程。
    2.10 对规划原则的一些知道
    迄今为止，在规划时简直所有的混凝土都答应必定范围内开裂，从结构规划的安全性方面讲，这是没有问题的。但问题的要害在于一旦出现裂缝，在各种外力的效果下，尤其是水下结构，在高水头的水压力以及腐蚀性媒介对裂缝的损坏性效果，可能会形成结构规划答应开裂的裂缝进一步扩张和延伸。比方：前苏联建筑的克拉斯诺雅尔期克大坝，靠底孔边墙本来发现220条外表缝，但在外界环境效果下，短短5年时刻后，10%的外表缝开展成为贯穿性裂缝。这样的比方并不罕见，因而，往后的规划除考虑结构外，还应该充分考虑环境要素的长时刻耐久效果。
    2.11 计算机模仿施工浇筑，合理安排，使坝体均匀上升
    美国曾对几个有代表性的大坝进行过查询和剖析，大都以上的坝简直彻底没有了裂缝，比方：约翰克尔坝，在坝面任何地方都找不到发丝状的裂缝；Detroit坝，除了受激烈温度变化的部分浇筑部位发现几条很浅的裂缝外，在任何露出的坝段上均没有发现裂缝；别的，我国的二滩高拱坝，都很罕见裂缝。这些工程除了杰出的避免裂缝的归纳办法到位外，坝体均匀上升浇筑也是必不可少的。因而，在施工之前，使用先进的计算机模仿施工浇筑，合理安排施工，使坝体均匀上升的重要性也要予以注重。