分析大體積混凝土裂縫原因及溫控措施

摘要: 對(duì)大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因和溫度的控制等進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞: 大體積混凝土; 裂縫; 溫控措施;混凝土施工;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)力主要通過減少溫度應(yīng)力和沉縮應(yīng)力來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), 又沒有采取特殊措施降低, 放松或取消約束, 或根本無法消除約束, 易發(fā)生深進(jìn), 直至貫穿的溫度裂縫。

　　(2) 過程: 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)過大起伏;

　　(3) 合理的安排施工工序, 避免過大的高差和側(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100～200k2/cm2。因此, 在混凝上中想要利用鋼筋來防止細(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?；炷梁弯摻罨炷两Y(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?；炷敛涣芽p。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) 。如3.00m 厚承臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí), 在承臺(tái)中間設(shè)置了墊20@2 肋水平抗縮鋼筋網(wǎng)片。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、減少人8 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l———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

　　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), 文中就這些問題作了一個(gè)簡(jiǎn)單的綜述僅供參考。