基于全寿命周期理论的大体积混凝土裂缝控制研究张贵林

基于全寿命周期理论的大体积混凝土裂缝控制研究张贵林

张贵林

天津开发区建设工程监理公司300457

摘要：大体积混凝土裂缝是大体积混凝土施工过程中的常见病害，本文采用建筑工程全寿命周期理论从大体积混凝土施工前准备，施工过程以及施工后的相关作业流程进行分析和控制，达到合理控制大体积混凝土裂缝的目的。

关键词：全寿命周期；理论；大体积混凝土；裂缝控制

大体积混凝土裂缝控制贯穿于建设工程全寿命周期的各个阶段，每个阶段的任务及任务落实情况的好坏对大体积混凝土裂缝控制起着关键性作用。只有每个阶段该做的工作做到位，符合国家有关标准、法律法规的要求，建设工程的使用寿命达到设计要求是能够保

1、大体积混凝土裂缝控制的全寿命周期理论

对于普通民众、建筑物的使用人或管理者来说，所谓的全寿命周期就是指从其寿命开始到寿命结束的时间。这个大体积混凝土裂缝控制的全寿命周期可划分为3个阶段，即前期准备阶段、施工阶段和施工后相应阶段。

2、前期准备阶段

通过上例分析可知，大体积混凝土裂缝是因为混凝土的温度变形受到约束而产生温度应力，当这种温度应力大于混凝土自身抗拉强度时而产生的。上述混凝土温度应力的大小取决于水泥、水化热、拌合浇筑温度、大气温度、收缩变形及当量温度等因素，同时它与混凝土的降温散热条件和混凝土升降温速密切相关的，而混凝土抗拉强度的提高与混凝土材料性能有关。

选择混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的是使混凝土具有较小的抗裂能力，具体说来，就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸

变形能力较大、热强比较小、线胀系数较小，自生体积变形最好是微膨胀，至少是低收缩。根据国内外经验主要有以下几条：

（1）选择水泥。内部混凝土主要考虑抗裂性能好、兼顾低热和高强两方面的要求，一般采用低热矿渣水泥，中热硅酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。外部混凝土，除抗裂性能外，还要求抗冻融性、耐磨性、抗蚀性、强度较高及干缩较小，因此一般采用较高标号的中热硅酸盐水泥。当环境水具有硫酸盐侵蚀时，应采用抗硫酸盐水泥。

（2）掺用混合材料。适当掺用混合材可降低混凝土的绝热温升、提高混凝土抗裂能力，目前主要是粉煤灰掺得较多。

（3）掺用外加剂。外加剂有减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等多种类型。减水剂是最常用、最重要的外加剂，它具有减水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及强度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥、降低绝热温升。引气剂的作用是在混凝土中产生大量微小气泡以提高混凝土的抗冻融耐久性。

3、施工阶段

（1）混凝土浇筑过程中控制出机温度。在混凝土的各种原料中间，石子的比热较小，但每立方米混凝土中石子所占的重量最大，而水的比热最大，但它的重量在每立方米混凝土中只占一小部分。因此，对混凝土出机温度最大的是石子及水的温度。为了降低出机温度，其最有效的办法是降低石子的温度。在大体积混凝土裂缝控制方法研究温度较高的季节施工时，为了防止太阳直接照射，可在砂石堆场上搭设遮阳料篷，必要时也可在使用前冲洗骨料。

（2）控制浇筑温度。为了降低混凝土从搅拌机出料到卸料，泵送和浇筑振捣后的温度，减少结构的内外温差，一般按季节采取措施，如夏季施工时，则应以减少冷量损失，着手在整个长度则水平输送管上覆盖草包并经常喷洒冷水，在浇筑混凝土时，采用一个坡度、薄层浇筑、循序推进、一次到顶等措施来缩小混凝土暴露面积以及加快浇筑速度，缩短浇筑时间。在冬季施工时，对结构厚度在1.0m以上的大体积混凝土可继续施工，但应保证保温浇筑、保温养护，一般可利用混凝土本身散发的水化热养护自己，并要求在混凝土没有达到允许临界强度以前防止冻害。根据试验资料证明，混凝土的早期强度达到临界强度后，在零下温度作用下不会遭到冻害，小于该“临界”强度时则会遭到冻害。一般对于C20-C30强度等级的混凝土，其允许临界值为设计标号C40-C50强度等级的混凝土，其允许临界值为设计标号的30%。

（3）改进搅拌工艺。即在搅拌的混凝土时，改变以往的投料程序，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子进行搅拌的新方法。这种搅拌工艺被为“裹砂法”，也可称为二次投料法。这种搅拌工艺的主要优点是无泌水现象，混凝土上下层强度差减少，可有效地防止水分向石子与水泥砂浆面的集中，从而使硬化后的界面过渡层的结构致密、粘结加强。

（4）振捣工艺。即是浇筑后的混凝土，给予二次振捣，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，以减小内部微裂，增加混凝土密实度，从而可使混凝土抗压强度提高10-20%左右，结合结构物的大小、钢筋的疏密、混凝土供应条件等具体情况，混凝土浇筑可采用全面分层浇筑和分段分层浇筑及斜面分层浇筑三种。

4、施工后相应阶段

（1）加强混凝土的温度监测工作

温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，也是防止温度裂缝的关键。而在引起裂缝产生的诸多因素中，混凝土水化热和外界气温造成的构件内部温度应力是一个很主要的因素，为了控制裂缝的产生，这不仅要在混凝土成型之后，对混凝土的内部温度进行监测，而且应在一开始，就对原材料、混凝土拌和，入模和浇筑温度进行系统的实测。

测温的办法可以采用先进的测温方法，如有经验也可采用简易测温方法。这些经验与监测工作会给施工组织者及时提供信息反映大体积混凝土浇筑块体内温度变化的实际情况及所采取的施工技术措施效果，为施工组织者在施工过程中及时准确采取温控对策提供科学依据，实现情报化施工。

（2）加强混凝土的保温和养护

刚浇筑的混凝土、强度低、抵抗变形能力小，如遇到不利的温湿度条件，其表面容易发生有害的冷缩和干缩裂缝。保温的目的是减小混凝土表面与内部温差及表面混凝土温度梯度，防止表面裂缝的发生。无论在常温还是在负温下施工，混凝土表面都需覆盖保温层。常温保温层，可以对混凝土表面因受大气温度化或雨水袭击的影响起到缓冲作用；负温保温层则根据工程项目地点、气温以及控制混凝土内外温差等条件进行设计。但负温保温层必须设置不透风材料覆盖层，否则效果不够理想。保温层兼有保湿的作用，如果用湿砂层，湿锯末层或积水保湿效果尤为突出，保湿可以提高混凝土的表面抗裂能力。大体积混凝土的养护要按温控技术的要求进行，应符合下列要求：

①保温养护措施，应使混凝土浇筑块的里外温差及降温速度，满足温控指标的要求。

②保温养护的时间。应根据温度应力（包括混凝土收缩产生的应力）加以控制确定，如何时开始覆盖保温材料对保温最有利。目前施工单位大都在混凝土表层终凝后就开始覆盖保温层，这无疑偏早，合理的保温时间应从混凝土降温时开始，这是因为混凝土在升温阶段基本上处于受压状态（表面拉应力非常小），混凝土出现裂缝的机会非常小；如果在升温阶段开始保温，这实际是进行混凝土蓄热，势必提高了混凝土的最高温升，根据多年混凝土保温开始至少在混凝土浇筑3d以后进行。体积混凝土的养护期不得少于巧天，保温层覆盖层的拆除应分层逐步进行。

③保温养护过程中，应保持混凝上表面湿润。保温可以提高混凝土的表面抗裂能力。有资料表明，潮湿养护时，混凝土极限拉伸值比干燥养护时要大20%至50%。

④具有保温性能良好的材料可以用于混凝土的保温养护中。在大体积混凝土施工中可因地制宜地采用保温性能好，而又便宜的材料作为大体积混凝土的保温养护中，如塑料薄膜、草袋等。

5、总结

通过对上述实例的分析，在建设工程全寿命周期理论为理论基础控制之下，当温度应力大于混凝土自身抗拉强度时而产生的。温度应力的大小取决于水泥、水化热、浇筑温度、大气温度、收缩变形等因素，同时它与混凝土的降温散热条件和混凝土升降温速密切相关，此外，还与施工方案、几何尺寸及配筋等因素有关。同时通过科学的理论计算，能够避免大体积混凝土裂缝的产生。混凝土的保温和养护应加强，保温的目的是减小混凝土表面与内部温差及表面混凝土温度梯度，防止表面裂缝的发生。

参考文献

[1]王铁梦.《工程结构裂缝控制》，中国建筑工业出版社，1997年

[2]朱伯芳.《大体积混凝土温度应力与温度控制》，中国电力出版社，1999年

[3]李志清、张文伟、张健.大体积混凝土底板施工裂缝的控制，《沈阳建筑工程学院学报》2000年第1期