关于混凝土温度裂缝的防治及对策
关键词:高层住宅,温度裂缝,施工,控制对策
随着我国建筑业的高速发展,土地资源越来越紧张,高层建筑和超高层建筑在工程施工中已经非常普遍,这些工程的地下室大型整板基础在工程建设中的作用十分重要。但由于混凝土属于脆性材料,混凝土结构产生不同程度、不同形式的裂缝相当普遍,在某些情况下,裂缝会导致非常严重的后果,轻则影响建筑物的外观,严重时会使混凝土结构的承载力降低,直接影响结构的安全,因此研究高层住宅大体积混凝土结构的裂缝产生原因及控制具有重要的社会和经济意义。
1建筑工程中温度裂缝的分类及原因
1.1住宅建筑工程中温度裂缝的分类
1)水平裂缝:在钢筋混凝土屋盖与砌体结构交接处的水平裂缝(包括女儿墙底及屋盖下的水平裂缝),它常表现为两端较多而明显,中间较少且不明显,特别是外墙尤其如此,在一些无构造柱的砖混结构的旧建筑物中,可看到山墙与外墙贯通成包角水平缝。2)斜向裂缝:墙体斜裂缝,多发生在顶层的内外墙,一般位于该层两端一开间~二开间内。两端有窗户时,裂缝一般通过窗的两对角,通常中间宽两端细。楼板斜裂缝,在顶层钢筋混凝土楼板上也时有发生,一般位于建筑的四个端角板块上。3)竖向裂缝:多出现于砖混结构建筑物的内外纵墙沿门窗洞口处,及框架结构中填充墙与框架边柱交接处。
1.2温度裂缝产生的原因分析
工程建设中混凝土裂缝的产生有多种原因,其中主要的原因有混凝土温度和湿度的变化、混凝土自身的脆性和不均匀性、混凝土结构的不合理、混凝土原材料不合格(如碱集料反应等)、模板变形以及基础的不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥释放出大量水化热,内部温度不断上升,在混凝土表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到其他部分的约束又会在混凝土内部出现拉应力。同时,气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗拉强度时,即会出现裂缝。
工程建设中许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、干湿变化,混凝土表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。
混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6~1.0)×104,长期加荷时的极限拉伸变形也只有(1.2~2.0)×104。由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝土边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起拉应力。有时温度应力甚至可超过其他外荷载所引起的应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。
2防止混凝土温度裂缝的对策
2.1工程概况
某高层住宅楼工程地上30层,总建筑面积3.1万m2,框架剪力墙结构。强度等级为C40,抗渗等级P8,混凝土总方量约3000m3。设全自动搅拌站,泵送混凝土,机械振捣。其地下室底板平面尺寸22.40m×16.60m,裙楼底板厚度1.6m,该地下室底板属典型的大体积混凝土,结构防裂要求高,由于混凝土强度等级高、水泥用量大,内部水化热温升较高,整体结构的养护难度大,混凝土开裂的险情大。在施工中必须采取温控措施,防止混凝土出现温度裂缝。
2.2主要处理措施
1)底板混凝土采用掺UEA膨胀剂(掺量为水泥用量12%)和缓凝型高效减水剂的双掺补偿收缩混凝土。混凝土采用商品混凝土公司供应的商品混凝土,因此,要求商混公司根据现场提出的技术要求,提前做好混凝土试配,结合泵送混凝土工艺,优选混凝土配合比,适当控制水灰比,减少用水量。混凝土配合比应按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》《普通混凝土配合比设计规程》中的有关技术要求进行设计。
2)合理划分混凝土浇筑段。除了按设计要求以后浇带为界在水平方向分成6个施工段外,每个塔楼下大承台在垂直方向分两段浇筑:下段混凝土厚1.60m,上段混凝土厚1.20m。两段混凝土之间水平施工缝处理:在下段混凝土初凝前,在水平施工缝位置(即下段混凝土表面)插入14@400mm×400mm加强连接筋(长度600mm,伸入上、下段混凝土各1/2),并在上段混凝土浇捣前在该水平施工缝表面刷稠水泥净浆两遍,以加强上、下段混凝土的结合。两段混凝土浇筑间隔时间为6d。底板表面混凝土在初凝前用长刮尺刮平待混凝土收水沉实后,用木抹子搓平混凝土表面,闭合表面干缩裂缝。
3)采取内降外保方案,综合控温在板内埋设两层冷却水管以进一步削减混凝土内部水化热峰值,同时在板的外部利用密闭空间和覆盖保温材料加以妥善保温,并加强保湿措施。
4)加强温度监测,辅以应变观测。采用先进的混凝土温度实时自动监测技术,对该混凝土厚板布置200个温度测点。进行了长达28d的跟踪监测控制,此外还同步进行了局部区域的混凝土应变观测。
实测结果表明综合温控取得了极佳的效果,板内部冷却水管通水降温削减了9℃左右的热峰;各表面保温保湿良好,结构内表温差均控制在20℃内。施工后经检查,混凝土厚板没有产生任何有害裂缝,质量良好。
3在施工阶段对温度裂缝的预防措施
3.1温度控制措施
为了降低混凝土温度的产生,工程建设中一方面采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;另一方面在拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。与此同时,应该提供温度散发的途径,热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;对大体积混凝土,在混凝土中埋设水管,通入冷水降温;同时规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;对于施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施。
3.2约束条件改善措施
一方面,工程建设中混凝土结构浇筑应合理地分缝分块,避免基础过大起伏;同时要合理安排施工工序,避免过大高差和侧面长期暴露。在混凝土的施工中,为了提高模板的周转率,往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模,在表面引起很大的拉应力,出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力叠加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险,但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料,如泡沫海绵等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著效果。
3.3掺入外加剂
木质素磺酸钙属阴离子表面活性剂,对水泥颗粒有明显的分散效应,并能使水的表面张力降低而引起加气作用。因此,在混凝土中掺入水泥重量0.25%的木钙减水剂(即木质素磺酸钙),它不仅能使混凝土和易性有明显的改善,同时又减少了10%左右的拌合水,节约10%左右的水泥,从而降低了水化热。
4结语
对高层住宅建筑混凝土温度裂缝控制的预防主要是从温度控制、改善约束条件、添加外加剂等措施,如本工程所介绍的施工技术即采用了以上方式,实践证明,在施工中采取的温度裂缝控制措施是有效的、妥当的、成功的,特别是采用双掺收缩补偿混凝土有效地防止了底板混凝土出现温度裂缝。
参考文献:
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