1 大體積混凝土的界定
大體積混凝土目前尚無一個明確的定義,國外的定義也不盡相同。日本建筑學會標準(JASS5)規(guī)定:“結構斷面最小厚度在80cm以上,同時水化熱引起混凝土內部的最高溫度與外界氣溫之差預計超過25℃的混凝土,稱為大體積混凝土”。美國混凝土學會(ACI)規(guī)定:“任何就地澆筑的大體積混凝土,其尺寸之大,必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題,以最大限度減少開裂”。
我國混凝土結構施工規(guī)范認為:凡是結構物斷面最小尺寸在3m以上的混凝土塊體,單面散熱的結構斷面最小尺寸在75cm以上,雙面散熱在100cm以上,水化熱引起的最高溫度與外界氣溫之差,預計超過25℃的混凝土,均可稱為大體積混凝土。
2 裂縫種類及產生原因
大體積混凝土結構往往容易產生各種各樣的裂縫,按裂縫的方向、形狀分為:水平裂縫,垂直裂縫,橫向裂縫,縱向裂縫,斜向裂縫以及放射狀裂縫等;按裂縫深度分為:貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫。裂縫的產生是由多種因素引起的,其主要影響因素如下:
2.1 水泥水化熱引起的溫度應力和溫度變形 水泥在水化過程中產生大量的水化熱,主要集中在澆筑后7d左右,而使混凝土內部溫度不斷升高,當內外部溫差過大時,就會產生溫度變形和溫度應力,溫度應力一旦超過混凝土內外的約束力,就會產生裂縫。對大體積混凝土而言,這種現(xiàn)象尤其嚴重。
2.2 混凝土收縮產生裂縫 在硬化后期,混凝土內部自由水分蒸發(fā),就會出現(xiàn)干燥收縮,而表面干燥收縮快,中心干燥收縮慢,使混凝土表面產生拉應力,造成混凝土開裂。
2.3 外界氣溫變化的影響 大體積混凝土在施工階段,常受外界氣溫的影響。當氣溫下降,特別是氣溫驟降時,會大大增加外層混凝土與混凝土內部的溫度梯度,產生溫差和溫度應力,拉應力一旦超過混凝土的抗拉強度極限,混凝土表面就會產生裂縫,這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。
2.4 其他因素的影響 地基的不均勻沉降、混凝土配合比不良、堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕等其他不利因素,也會使混凝土產生裂縫,因此應從各個方面綜合控制。
3 裂縫控制的技術措施
裂縫會加速混凝土碳化和鋼筋銹蝕,并產生惡性循環(huán),嚴重破壞混凝土結構的安全性和耐久性,給工程造成嚴重損失,所以裂縫控制顯得尤為重要。裂縫控制的主要技術措施涉及從設計到施工乃至后期養(yǎng)護的整個過程,分別介紹如下:
3.1 配合比的選用和水泥用量的控制 大量的試驗研究和工程實踐表明,每立方砼的水泥用量增減10kg,其水化熱使砼的溫度相應升高或降低1℃。在施工過程中,要在保證混凝土強度的條件下,通過進行砼試配,以進一步降低水泥用量。
3.2 優(yōu)選混凝土各種原材料
3.2.1 水泥:考慮普通水泥水化熱較高,特別是應用到大體積混凝土中,大量水化熱不易散發(fā),導致混凝土內部溫度過高,內外部溫差過大使混凝土內部產生壓應力,表面產生拉應力,表面拉應力超過早期混凝土抗拉強度時就會產生溫度裂縫,因此應優(yōu)先選用低水化熱的水泥品種,如粉煤灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥(有抗?jié)B要求不宜使用)。