劉亞運(yùn)

（中鐵四局集團(tuán)海外工程分公司 安徽合肥 230022）

高溫天氣下混凝土裂縫控制措施分析

劉亞運(yùn)

（中鐵四局集團(tuán)海外工程分公司 安徽合肥 230022）

建筑工程項(xiàng)目規(guī)模逐漸擴(kuò)大，很多建筑工程施工都是采用混凝土結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)工程穩(wěn)定性和可靠性，但是混凝土結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，尤其是在高溫天氣學(xué)下更為嚴(yán)重，這也是建筑工程在施工中的熱點(diǎn)話題。本文通過(guò)一個(gè)混凝土工程案例，對(duì)裂縫問(wèn)題做了詳細(xì)的闡述，并提出在高溫天氣環(huán)境中采取的混凝土裂縫控制措施，為從事建筑工程人員提供參考。

混凝土裂縫；高溫天氣；控制措施

1 工程簡(jiǎn)介

援毛里塔尼亞努瓦克肖特城市排水工程雨水系統(tǒng)項(xiàng)目是國(guó)家商務(wù)部關(guān)注的EPC（Engineering Procurement Construction）項(xiàng)目。主要施工內(nèi)容是在努瓦克肖特市5個(gè)行政區(qū)內(nèi)（工程范圍15.68km2）建設(shè)雨水收集暗渠、過(guò)路管、排水花管及配套沉砂井等附屬設(shè)施、3座雨水分區(qū)泵站、1座排海泵站及配套的電氣自控設(shè)備、雨水壓力管線等，將雨水和積水排入大西洋。

本項(xiàng)目鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要為雨水收集暗渠及四座分區(qū)泵站，其中暗渠尺寸主要為800mm×800mm及1000mm×800mm，壁厚為160mm。四座泵房以沉井作為基礎(chǔ)，沉井井壁厚度為600mm，高度達(dá)到8050mm，變電所為筏板基礎(chǔ)，筏板厚度為450mm。雖然本項(xiàng)目未涉及大體積混凝土施工，但是毛里塔尼亞氣候干燥，溫度較高，年平均溫度為24℃左右，尤其是7～9月，最高溫度達(dá)到45℃以上，導(dǎo)致混凝土表面水分蒸發(fā)快，易使混凝土產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和安全性。而且毛里塔尼亞當(dāng)?shù)氐叵滤桓卟⒑写罅葵}分，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，該地區(qū)水中Cl-含量是30224mg/L，土中Cl-含量是3140mg，這些腐蝕性元素會(huì)順著裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部，促進(jìn)鋼筋銹蝕的加快，嚴(yán)重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。高溫環(huán)境下有效的控制混凝土裂縫，能夠保證混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和安全性，顯著提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2 高溫天氣下混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析

混凝土是將水泥、砂石骨料、外加材料以及水，按照一定的比例混合形成的一種脆性材料，具有非均質(zhì)的特點(diǎn)。混凝土在制作的過(guò)程中，會(huì)因?yàn)樽陨淼淖冃我约凹s束等問(wèn)題，在硬化的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多的微小空隙或者穴縫，由于這些本身的缺陷更加體現(xiàn)混凝土的非均質(zhì)特點(diǎn)。通過(guò)近幾年的工程案例和實(shí)踐證明，使用混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫問(wèn)題是非常正常的，也是不能避免的，但是可以在施工的過(guò)程中盡可能的采取適當(dāng)措施對(duì)其進(jìn)行控制，使裂縫少出現(xiàn)或者減輕裂縫的嚴(yán)重性，保證不會(huì)對(duì)工程質(zhì)量造成影響。

此項(xiàng)核電站工程因?yàn)樵诟邷氐沫h(huán)境中使用混凝土，很容易出現(xiàn)混凝土裂縫問(wèn)題，比如，干縮性裂縫、溫度裂縫以及塑性收縮裂縫。

2.1 干縮裂縫

混凝土在澆筑完以后一周左右或者在養(yǎng)護(hù)的時(shí)間段，會(huì)因?yàn)樗酀{中的水分蒸發(fā)出現(xiàn)干縮現(xiàn)象，特別是在高溫狀態(tài)下，混凝土內(nèi)外水分的蒸發(fā)會(huì)非?？鞆亩鴮?dǎo)致不同程度的變形。外部水分蒸發(fā)過(guò)快，變形程度非常大，內(nèi)部的濕度又非常小，表面的干縮變形會(huì)受到內(nèi)部的約束，就會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫，如果濕度越低，水泥漿的干縮就越大，干縮裂縫就極容易出現(xiàn)，尤其是在高溫低濕的環(huán)境中更為嚴(yán)重。

2.2 塑性收縮產(chǎn)生裂縫

在混凝土處于凝固狀態(tài)之前，具有塑性特點(diǎn)，尤其是在高溫或者大風(fēng)天氣，表面失水很快，造成毛細(xì)血管中產(chǎn)生很大的負(fù)壓，從而使混凝土體積加劇收縮，而混凝土的強(qiáng)度太小無(wú)法抵抗自身的收縮力量，就會(huì)出現(xiàn)裂縫，呈現(xiàn)中間寬、兩邊細(xì)長(zhǎng)、相互之間不連貫等狀態(tài)?；炷辽蠈咏M成部分沉降能力受到很大限制，如果是含有很大的鋼筋或者制造面積比較大的混凝土?xí)r，水平方向上的收縮難度很大，會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有規(guī)律性的深層裂縫現(xiàn)象。一般短些的裂縫長(zhǎng)為20～30cm，長(zhǎng)的裂縫會(huì)達(dá)到2～3m，寬度達(dá)到1～5mm。

2.3 溫度應(yīng)力裂縫

在混凝土進(jìn)行澆筑以后，集中在內(nèi)部的熱量不容易被揮發(fā)出去，這時(shí)內(nèi)部的溫度會(huì)相當(dāng)高，表面的溫度下降快、溫度低，外部和內(nèi)部的溫度差別很大，內(nèi)部形成的壓應(yīng)力與外部形成的拉應(yīng)力成為鮮明對(duì)比。如果外部的溫度不同，拉應(yīng)力表現(xiàn)的會(huì)更大，對(duì)應(yīng)的抗拉程度比較低。這種內(nèi)外溫度的不同形成的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力大大高于混凝土的穩(wěn)固程度，因此，就會(huì)出現(xiàn)混凝土裂縫問(wèn)題。這種裂縫現(xiàn)象一般會(huì)出現(xiàn)在混凝土的中后期。

3 高溫天氣下混凝土裂縫的控制措施

對(duì)于工程上出現(xiàn)的混凝土裂縫問(wèn)題，我國(guó)很多的建筑工程師以及專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員提出了很多的控制辦法，在有關(guān)文件《混凝土裂縫控制指南》中也提到，采取防、放、抗相結(jié)合的辦法。針對(duì)此項(xiàng)變電站工程處在高溫環(huán)境中出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題，制定合適的裂縫基本控制措施，比如，降低混凝土的溫差減少收縮，在施工階段做好合理的配筋構(gòu)造，加強(qiáng)混凝土二次振搗以及重視養(yǎng)護(hù)過(guò)程，具體的控制措施如下：

3.1 溫度控制

在對(duì)混凝土進(jìn)行制作的過(guò)程中，由于制作現(xiàn)場(chǎng)處于高溫環(huán)境，可以在混凝土攪拌站安裝一臺(tái)制冷設(shè)備，生產(chǎn)能力為制冷5℃、11m3/h、1.5mm片冰1.85t/h、冰庫(kù)肉容量為75t，這樣就可以確保在高溫天氣時(shí)混凝土的初始溫度不會(huì)超過(guò)25℃。另外，要提前購(gòu)買(mǎi)水泥，把水泥儲(chǔ)存起來(lái)降低水泥溫度，在運(yùn)輸過(guò)程中一定要注意隔熱保溫，這樣可以控制混凝土的入模溫度，控制混凝土的內(nèi)外溫度，減少內(nèi)外溫度差，可以有效控制由于溫度變化產(chǎn)生的裂縫問(wèn)題。

3.2 原材料以及混合比例的控制措施

為了使混凝土的強(qiáng)度滿足施工要求，同時(shí)還要減少水泥用量，以降低水熱化現(xiàn)象，需要對(duì)混凝土原材料進(jìn)行合理配比，這也是制度混凝土過(guò)程中非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。針對(duì)此項(xiàng)工程，制定了混凝土配合比例試驗(yàn)方案，需要嚴(yán)格按照方案進(jìn)行操作試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)原材料進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。

（1）水泥的選擇。本次混凝土制作選用的是P.042.5（R）楓葉牌水泥，這種水泥在性能上尤其是水熱化方面有很大的改善。

（2）外加劑的選擇。本次混凝土制作選用的是SP420的外加劑，這種外加劑在技術(shù)指標(biāo)上有很大的改進(jìn)，不僅使減水率調(diào)高到20%以上，減少水泥使用量，對(duì)大體積混凝土在水熱化方面進(jìn)行控制，而且可以減少溫度應(yīng)力，最好是在混凝土凝固以后再延長(zhǎng)5～6h，以延長(zhǎng)混凝土的早期發(fā)熱。這樣的做法經(jīng)過(guò)檢測(cè)它的收縮率非常低，這對(duì)裂縫的產(chǎn)生進(jìn)行有效的控制。

（3）石粉的使用。在對(duì)混凝土進(jìn)行配比時(shí)，可以加入適量的石粉來(lái)代替一部分水泥，采用90d齡期強(qiáng)度，降低水熱化，進(jìn)一步控制收縮，以免內(nèi)外溫差過(guò)大出現(xiàn)溫度裂縫。

3.3 分縫分段施工

工程項(xiàng)目需要的大體積混凝土或者貯水池等有特殊要求的混凝土，因?yàn)轶w積比較大，對(duì)裂縫的要求也比較高，需要進(jìn)行分層分段施工，對(duì)水平以及垂直施工縫合理設(shè)置，也可以在適當(dāng)?shù)奈恢煤侠碓O(shè)置以后進(jìn)行澆縫，同時(shí)要注意合理的安排澆筑順序。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度收縮應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，來(lái)確定分段的大小，確保分段混凝土澆筑強(qiáng)度保持穩(wěn)定，以免出現(xiàn)“冷縫”。要注意混凝土溫度的應(yīng)力計(jì)算，它主要包括混凝土各個(gè)齡期的中心溫度值、絕熱溫升值、各齡期的表面溫度、各齡期的內(nèi)外溫度差、溫度收縮應(yīng)力等。一般情況下，只要不超過(guò)收縮應(yīng)力計(jì)算的最大限值，就能對(duì)混凝土的裂縫問(wèn)題起到很好的控制。

3.4 合理的構(gòu)造配筋

為了對(duì)裂縫進(jìn)行控制，此項(xiàng)工程在混凝土表面設(shè)置抗裂構(gòu)造鋼筋，使鋼筋的強(qiáng)度來(lái)抵抗溫度收縮應(yīng)力，以達(dá)到減少混凝土收縮的目的，同時(shí)也提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度。此項(xiàng)工程的混凝土的強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)為90d齡期。

3.5 加強(qiáng)第二次振搗

對(duì)澆筑的混凝土進(jìn)行第二次振搗（在第一次振搗以后還沒(méi)有恢復(fù)到塑性狀態(tài)，一般叫振動(dòng)界限），可以有效排除混凝土原料中的骨料以及鋼筋周?chē)嘤嗟乃趾涂障?，增加混凝土的緊實(shí)度，使抗壓強(qiáng)度可以提高10～20%之間，提高混凝土的抗裂性。

3.6 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)對(duì)裂縫的產(chǎn)生也有很大影響，尤其是早期養(yǎng)護(hù)，目的是要保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?，使混凝土不?huì)因?yàn)闇囟?、濕度的影響產(chǎn)生變形，使水泥水化作用順利進(jìn)行。特別是在高溫環(huán)境下更要加強(qiáng)保護(hù)，在澆筑以后可以用濕潤(rùn)的布簾等對(duì)其覆蓋，隔段時(shí)間進(jìn)行灑水，同時(shí)適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，最好不要少于14d，以增強(qiáng)混凝土的抗裂性。

3.7 控制混凝土的其他措施

選擇一些含沙量比較小或者級(jí)配比較強(qiáng)的石子、砂子；混凝土在最終凝固以前，可以在表面進(jìn)行多次抹壓，以減小塑性裂縫的出現(xiàn)；對(duì)模板的拆除時(shí)間要合理控制。這些措施都可以適當(dāng)?shù)臏p少混凝土出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題。

4 總結(jié)

從以上敘述的內(nèi)容，可以了解到高溫天下混凝土很容易產(chǎn)生裂縫，在對(duì)裂縫產(chǎn)生的各種因素進(jìn)行深入的分析對(duì)比以后，對(duì)裂縫進(jìn)行控制非常重要。雖然高溫環(huán)境中對(duì)混凝土裂縫控制是一個(gè)比較難的課題，但是只要在溫度方面、制作過(guò)程、養(yǎng)護(hù)過(guò)程以及施工過(guò)程等階段采取適當(dāng)?shù)拇胧?，就能使裂縫問(wèn)題得到有效控制，進(jìn)一步保證工程質(zhì)量。

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