分析大體積混凝土裂縫原因及溫控措施
大體積混凝土裂縫一直是工程界所密切關(guān)注的課題, 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中大體積混凝土施工難度較大, 而它產(chǎn)生裂縫的機(jī)率也較多, 從多方面綜合考慮, 降低拉應(yīng)力是控制混凝土裂縫的有效途徑, 而降低拉應(yīng)力主要通過(guò)減少溫度應(yīng)力和沉縮應(yīng)力來(lái)控制溫度裂縫和沉縮裂縫。
1 沉縮裂縫
混凝土沉縮裂縫在大體積混凝土施工中也是非常多的。主要原因是振搗不密實(shí), 沉實(shí)不足, 或者骨料下沉, 表層浮漿過(guò)多, 且表面覆蓋不及時(shí), 受風(fēng)吹日曬, 表面水份散失快, 產(chǎn)生干縮, 混凝土早期強(qiáng)度又低,不能抵抗這種變形而導(dǎo)致開裂。在施工中采用緩凝型泵送劑, 延緩混凝土的凝結(jié)硬化速度,充分利用外加劑( 特別是緩凝劑) 的特性, 適時(shí)增加抹加次數(shù), 消除表面裂縫( 特別是沉縮裂縫和初期溫度裂縫),特別是初凝前的抹壓。
2 溫度裂縫
(1) 原因: 一是由于溫差較大引起的, 混凝土結(jié)構(gòu)在硬化期間水泥放出大量水化熱, 內(nèi)部溫度不斷上升, 使混凝土表面和內(nèi)部溫差較大, 混凝土內(nèi)部膨脹高于外部, 此時(shí)混凝土表面將受到很大的拉應(yīng)力, 而混凝土的早期抗拉強(qiáng)度很低, 因而出現(xiàn)裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大, 離開表面就很快減弱, 因此裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生, 表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。二是由結(jié)構(gòu)溫差較大, 受到外界的約束引起的, 當(dāng)大體積混凝土澆筑在約束地基上時(shí), 又沒(méi)有采取特殊措施降低, 放松或取消約束, 或根本無(wú)法消除約束, 易發(fā)生深進(jìn), 直至貫穿的溫度裂縫。
(2) 過(guò)程: 一般( 人為) 分為三個(gè)時(shí)期: 一是初期裂縫——就是在混凝土澆筑的升溫期, 由于水化熱使混凝土澆筑后2—3天溫度急劇上升, 內(nèi)熱外冷引起“約束力”,超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度引起裂縫。二是中期裂縫——就是水化熱降溫期, 當(dāng)水化熱溫升到達(dá)峰值后逐漸下降, 水化熱散盡時(shí)結(jié)構(gòu)物的溫度接近環(huán)境溫度, 此間結(jié)構(gòu)物溫度引起“ 外約束力”, 超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度引起裂縫。三是后期裂縫, 當(dāng)混凝土接近周圍環(huán)境條件之后保持相對(duì)穩(wěn)定, 而當(dāng)環(huán)境條件下劇變時(shí), 由于混凝土為不良導(dǎo)體,形成溫度梯度, 當(dāng)溫度梯度較大時(shí), 混凝土產(chǎn)生裂縫。
3 控溫措施和改善約束
3.1 溫控措施
(1) 降低混凝土內(nèi)部的水化熱, 采用中低熱的礦渣水泥, 控制水泥的使用溫度, 添加一定量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰, 以降低混凝土的水化熱, 同時(shí)選用高效外加劑。
(2) 優(yōu)化配合比, 降低水化熱。進(jìn)行配合比試驗(yàn)時(shí), 盡量降低水泥用量, 選擇性能優(yōu)良的外加劑, 在確?;炷临|(zhì)量的前提下, 初始混凝土坍落度控制在16~18cm。
(3) 減少地基約束力。巖石基礎(chǔ)與新澆混凝土之間, 存在著彈性模量、溫度的差別, 新澆筑混凝土隨著強(qiáng)度逐漸上升, 其溫度也發(fā)生變化, 必有一個(gè)徐變過(guò)程, 而原巖石地基對(duì)其便產(chǎn)生一個(gè)約束力, 當(dāng)達(dá)到一定程度, 便會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。
(4) 控制混凝土的澆筑間歇期和分層厚度。
(5) 控制混凝土澆筑人倉(cāng)溫度。
3.2 改善約束條件的措施是
(1) 合理地分縫分塊;
(2) 避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏;
(3) 合理的安排施工工序, 避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露。
此外, 改善混凝土的性能, 提高抗裂能力, 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù), 防止表面干縮, 特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)防止裂縫是十分重要,應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫, 出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的, 因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。在混凝土的施工中, 為了提高模板的周轉(zhuǎn)率, 往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間, 以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模,在表面引起很大的拉應(yīng)力, 出現(xiàn)“ 溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期, 由于水化熱的散發(fā), 表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力, 此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高, 此時(shí)拆除模板, 表面溫度驟降, 必然引起溫度梯度, 從而在表面附加一拉應(yīng)力, 與水化熱應(yīng)力迭加, 再加上混凝土千縮, 表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值, 就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn), 但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料, 如泡沫海棉等, 對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力, 具有顯著的效果。加筋對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小, 因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低。只是對(duì)一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下, 鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的, 而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無(wú)關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小, 在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15 倍, 當(dāng)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時(shí), 鋼筋的應(yīng)力將不超過(guò)100~200kg/cm2。因此, 在混凝上中想要利用鋼筋來(lái)防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)溝內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。而肋口果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時(shí), 對(duì)提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫, 其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺, 但它對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性仍有一定的影響。
4 保證大體積混凝土質(zhì)量的措施
4.1 嚴(yán)格控制骨料級(jí)配和合泥量
選用10.40mm 連續(xù)級(jí)配碎石(其中10.30mm 級(jí)配含量65% 左右), 細(xì)度模數(shù)2.80- 3.00 的中砂(通過(guò)0.315n 凹篩孔的砂不少于15% , 砂率控制在40%- 45%)。砂、石含泥量控制在1%以內(nèi), 并不得混有有機(jī)質(zhì)等雜物, 杜絕使用海砂。
4.2 選擇適當(dāng)外加劑
可根據(jù)設(shè)計(jì)要求, 混凝土中摻加一定用量外加劑, 如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等外加劑。外加劑中糖鈣能提高混凝土的和易性, 使用水量減少20% 左右, 水灰比可控制在0.55以下, 初凝延長(zhǎng)到5h 左右。
4.3 選擇合適水泥和嚴(yán)格控制水泥用量
優(yōu)先采用525R 普通水泥, 425R 普通水泥等高標(biāo)號(hào)水泥,以減少水泥用量。選用低熱水泥, 減少水化熱, 降低混凝土的溫升值。并盡量選用后期強(qiáng)度( 90 或120 天) , 降低水泥量, 并延緩峰值。在滿足設(shè)計(jì)和混凝土可泵性的前提下, 將425R 水泥用量控制在450kg/m3, 525R 水泥用量控制在360kg/m3。以降低混凝土最高溫升, 降低混凝土所受的拉應(yīng)力。
4.4 采用切實(shí)可行的施工工藝
根據(jù)泵送大體積混凝土的特點(diǎn), 采用“ 分段定點(diǎn), 一個(gè)坡度, 薄層澆筑, 循序推進(jìn), 一次到頂”的方法。這種自然流淌形成斜坡混凝土的方法, 能較好地適應(yīng)泵送工藝, 避免混凝土輸送管道經(jīng)常拆除、沖洗和接長(zhǎng), 從而提高泵送效率, 簡(jiǎn)化混凝土的泌水處理, 保證上下層混凝土澆筑間隔不超過(guò)初凝時(shí)間。根據(jù)混凝土泵送時(shí)自然形成一個(gè)坡度的實(shí)際情況, 在每個(gè)澆筑帶的前后布置兩道振動(dòng)器, 第一道布置在混凝土出料口, 主要解決上部混凝土的振實(shí); 由于底層鋼筋間距較密, 第二道布置在混凝土坡腳處, 以確保下部混凝土密實(shí)。隨著澆筑的推進(jìn), 振動(dòng)器也相應(yīng)跟上, 以確保整個(gè)高度上混凝土的質(zhì)量。由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚, 故澆筑結(jié)束后須在初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍, 打磨壓實(shí), 以閉合混凝土的收水裂縫。
4.5 改進(jìn)施工技術(shù)
施工時(shí)加強(qiáng)插筋位置的振搗、抹壓、養(yǎng)護(hù)。由于鋼筋是熱的良導(dǎo)體, 易產(chǎn)生大的溫度梯度, 這是裂縫產(chǎn)生的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。同時(shí)加強(qiáng)初凝前的抹壓, 以消除初期裂縫, 并加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù), 提高混凝土抗拉強(qiáng)度。
4.6 加強(qiáng)技術(shù)管理
加強(qiáng)原材料的檢驗(yàn)、試驗(yàn)工作。施工中嚴(yán)格按照方案及交底的要求指導(dǎo)施工, 明確分工, 責(zé)任到人。加強(qiáng)計(jì)量監(jiān)測(cè)工作,定時(shí)檢查并做好詳細(xì)記錄, 認(rèn)真對(duì)待澆筑過(guò)程中可能出現(xiàn)的冷縫, 并采取措施加以杜絕。在變截面施工前, 一定要加強(qiáng)預(yù)測(cè),并保證預(yù)測(cè)的科學(xué)性。同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中, 要切實(shí)落實(shí)施工方案。
4.7 加適當(dāng)預(yù)埋件
在混凝土易裂縫部位埋設(shè)應(yīng)力應(yīng)變傳感片, 直接測(cè)試?yán)瓚?yīng)力, 以便更直接控制混凝土( 調(diào)節(jié)保溫保濕養(yǎng)護(hù)條件, 保證溫度梯度) , 確保混凝土不裂縫。在基礎(chǔ)面筋上加設(shè)鐵絲網(wǎng)或小直徑鋼筋網(wǎng), 以提高混凝土表面抗裂性( 中間溫度筋可去掉)。采用“水平分層間隙”施工方法, 分兩層進(jìn)行澆筑, 間隙時(shí)間7d 以上, 分層厚度各1.5m, 抗縮鋼筋網(wǎng)設(shè)置在下層1.5m 的上表面。在工期允許的情況下, 這種施工方法可降低內(nèi)部最高溫升、加強(qiáng)混凝土的測(cè)溫工作力、材料及機(jī)械設(shè)備的投入。
為及時(shí)掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值, 在承臺(tái)內(nèi)埋沒(méi)若干個(gè)測(cè)溫點(diǎn), 采用L 形布置, 每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)埋設(shè)溫管2根01 根管底埋置于承臺(tái)混凝土的中心位置, 測(cè)量混凝土中心的最高溫升, 另一根管底距承臺(tái)上表面100mm, 測(cè)量混凝土的表面溫度, 測(cè)溫管均露出混凝土表面100mm。用100 的紅色水銀溫度計(jì)測(cè)溫, 以方便讀數(shù)。第1——5d 每2h測(cè)溫1次, 第6d后每4h測(cè)溫1 次, 測(cè)至溫度穩(wěn)定為止。從已有施工經(jīng)驗(yàn)的測(cè)溫情況看, 混凝土內(nèi)部溫升的高峰值一般在3.5d 內(nèi)產(chǎn)生, 3d 內(nèi)溫度可上升到或接近最大溫升, 內(nèi)外溫差值在20℃左右, 控制在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi), 未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。
5 結(jié)束語(yǔ)
大體積混凝土施工難度較大, 混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)率較多, 稍有差錯(cuò)將會(huì)造成無(wú)法估量的損失。為了降低經(jīng)濟(jì)損失, 所以要減少和控制裂縫的出現(xiàn), 文中就這些問(wèn)題作了一個(gè)簡(jiǎn)單的綜述僅供參考。
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