摘要：本文结合工程施工实践, 重点对大体积混凝土裂缝成因及防治措施进行了探讨, 并从原材料、施工和养护三个方面阐述了防治砼裂缝的一般方法。
关键词：大体积砼; 特性; 裂缝; 原因; 防治措施;
大体积混凝土是指“结构断面最小厚度在80㎝以上, 同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25°C的混凝土” (日本建筑学会 (JASS5) 的规定) 。在国内, 一般把混凝土结构物中实体最小尺寸≥1m部位所用的混凝土称为大型混凝土, 其主要特点是混凝土用量多、分区施工且单位较大、结构
截面大、内部热量不易散发。这些特点导致大体积混凝土施工中, 普遍会遇到裂缝控制问题。如何控制混凝土裂缝, 确保浇筑质量, 成为大体积混凝土施工中的一个重要问题。作者结合施工实践, 对大体积混凝土裂缝成因及防治措施进行探讨。
1 裂缝产生原因
砼产生裂缝, 主要是因为非受力变形引起的, 分为混凝土体积收缩引起的裂缝和温度应力引起的裂缝。本文重点讨论温度裂缝。温度裂缝主要是由于混凝土结构内外温差过大造成的。
1.1 混凝土产生温差的主要情形
(1) 浇筑初期, 混凝土内部产生的大量水化热难以散发, 导致其内部温度迅速上升, 但其表面温度还是环境温度, 由此产生内外温差。当这种温差在混凝土初凝时产生的拉应力超过混凝土自身的抗拉强度时, 就会形成裂缝。 (2) 拆模前后, 混凝土表面温度很快降低, 这种温度陡降也会产生裂缝。 (3) 当混凝土内部温度达到最高后, 热量逐渐散发, 达到最低温度或使用温度时, 也会形成温差, 产生裂缝。
1.2 施工中造成裂缝的原因
(1) 原材料方面:水泥等级或品种选用不当、水泥存放时间长、因受潮产生凝结、非正常膨胀、水化热过高;粗细骨料级配不良、含泥量大、骨料表面含碱;掺合料比例过大、细度未达标;外加剂掺量选择不当、与水泥或掺合料的相容性不好;水泥用量和用水量过大、砂率和水灰比选择不当。 (2) 施工控制方面:原材料、外掺合料、外加剂称量不准;搅拌时间过长或不足、振捣或插入不当、拌合物不均匀、任意加水;运输停置时间长;连续浇筑时间过长、浇筑顺序不当、入模速度过快、摊铺分层过厚, 振捣不及时、过振或漏振、施工缝处理不当;养护不到位、未及时覆盖保湿或保温、早期失水补充不及时等。 (3) 设计方面:存在结构断面突变、钢筋配置过少或过多、未充分考虑混凝土的收缩变形、混凝土强度等级过高、荷载收缩等因素。
2 大体积砼裂缝的主要防治措施
大体积砼裂缝的防治主要应从原材料、施工、设计三个方面采取措施。
2.1 原材料方面
2.1.1 合理选择水泥
水化热是产生大体积混凝土的温差的主要原因, 为减小温差, 就应该选择早期水化热低和安定性好的水泥。工程实践中, 一般选择低热矿渣水泥和中热硅酸盐水泥。同时, 水泥的细度也会影响水化热的放热速率。所以, 在保证水泥活性的情况下, 要尽可能使水泥的细度减小。研究表明:表面积每增加100cm/g, 1d的水化热增加17J/g~21J/g, 7d和20d均增加4J/g~12J/g。
2.1.2 掺加粉煤灰
为降低水化热, 提高和易性, 同时减少水泥用量, 通常可以在水泥中掺入部分粉煤灰。其作用是: (1) 粉煤灰中的硅铝氧化物能够与水泥中的水化产物产生二次反应, 降低砼的热胀; (2) 粉煤灰的火山灰反应能改善砼内部的孔结构, 降低总的孔隙率, 孔结构进一步细化, 分布更加合理, 使得硬化后的混凝土更加致密, 收缩值也相应减少。但粉煤灰的比重小于水泥, 振捣中容易浮在表面, 导致表面掺合料较多, 强度降低, 容易形成塑性收缩裂缝。所以, 在实际施工中, 应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。
2.1.3 选择合适的粗、细骨料
(1) 粗骨料。在粗骨料选择时, 应尽量选择粒径大的, 因为粒径越大, 级配越好, 孔隙率就越小, 总表面积也越小, 这样水泥砂浆的用量也越小, 水化热随之降低, 对防止裂缝十分有利。 (2) 细骨料。在细骨料选择时, 宜选用中粗砂和级配良好的中砂, 最好选用干净的中粗砂。因为中粗砂孔隙率较小, 总表面积也小, 砼浇筑时水泥用量和用水量可以减少, 水化热会降低, 裂缝就会减少。同时, 要将砂子的含泥量控制在3%以下, 因为含泥量越大, 收缩变形也就越大, 裂缝就会越严重。
2.1.4 加入外加剂
加入外加剂能降低混凝土收缩开裂的机会。在此主要介绍减水剂、引气剂及缓凝剂三种。
(1) 减水剂。减水剂的作用主要是改善混凝土的和易性, 降低水灰比, 提高混凝土强度, 或在保持混凝土强度的情况下减少水泥用量。使用减水剂可使用水量减少25%、水泥用量减少15%, 减少的体积用骨料补充。水灰比是影响混凝土收缩的重要因素, 因此水灰比降低、水泥用量减少对防止混凝土开裂十分有利。此外, 减水防裂剂还能提高混凝土的抗拉强度, 从而大幅度提高混凝土的抗裂性能。 (2) 引气剂。引气剂的作用主要是改善混凝土的可泵性、和易性, 提高混凝土的耐久性, 从而能在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。 (3) 缓凝剂。缓凝剂主要有两大作用:一是可以延缓混凝土放热峰值出现的时间, 减小裂缝出现的机率;二是能够改善和易性, 减少运输过程中的塌落度损失。外加剂虽然对防止混凝土裂缝有利, 但不能掺量过大, 否则就会产生负面影响。GB8076~1977中规定:掺有外加剂的混凝土28d的收缩比不得大于135%, 即以基准混凝土相比, 掺有外加剂的混凝土收缩比不得大于35%。
2.2 施工方法控制
2.2.1 混凝土的拌制
混凝土拌制的过程中, 必须准确计量、严格控制原材料, 同时控制好混凝土出机口的塌落度, 使混凝土拌合物出机口的温度尽量降低, 新拌混凝土的温度一般控制在6℃左右。降低混凝土拌合物的温度, 有两种措施:一是利用冷风对拌和物进行降温冷却, 二是通过加冰拌合的方式。
2.2.2 混凝土浇注、拆模
(1) 浇注方法控制。浇注过程中要求进行分段分层浇注、分层流水振捣, 这样可加快混凝土水化热能的散失。可通过二次振捣的方式, 增加密实度, 提高抗裂能力。同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。浇筑过程中, 还要合理地分缝、分块, 避免基础起伏过大、高差过大和侧面长期暴露。当大体积混凝土的平面尺寸较大时, 可适当设置后浇缝, 这样可将外约束力和温度应力减小, 也有利于混凝土内部温度的降低。浇注完毕后, 要将混凝土表面压实、抹平, 防止表面产生裂缝。 (2) 拆模时间控制。在实际温度养护条件下, 混凝土拆模的条件是:强度达到设计强度的75%以上, 中心与表面最低温度控制在25℃以内, 拆模后砼表面温降不超过9℃。浇筑初期, 水化热散发会使混凝土表面产生较大的拉应力, 且温度较高, 若此时将模板拆除, 会使其表面温度骤降, 引起温度梯度, 在其表面形成一个拉应力, 与水化热产生的应力相叠加, 再由于混凝土的干缩, 导致表面拉应力数值较大, 就有可能产生裂缝。
2.2.3 养护
(1) 洒水养护。混凝土浇注完毕后, 应及时进行洒水养护, 这样可以使混凝土表面保持湿润, 既可减少外界高温倒罐, 又能防止产生干缩裂缝, 促进砼强度的稳定增长。浇注完毕后12至18小时内应立即开始养护, 连续养护时间不少于28天或设计龄期。
(2) 通水冷却。若在高温季节进行混凝土浇注施工, 则应在初期采用通制冷水的方式降低其最高温度峰值。但是通水时间不宜过长, 以免造成降温幅度过大而引起较大的温度应力。夏末秋初时, 还应进行中期通水冷却, 以削减内外温差。中期通水时长一般在两个月左右。后期可采用通河水和通制冷水相结合的方式, 使混凝土柱状块达到接缝灌浆。
(3) 表面隔热保护。砼浇注后, 由于其内部温度较表面散热快, 内外温差使其表面收缩受内部约束而产生拉应力, 但这种拉应力较小, 一般不会超过砼的抗拉强度产生裂缝。但此时过分通风散热或受到冷空气的袭击, 导致其内外温差过大, 就很容易产生裂缝。所以在混凝土拆模后, 应立即采取措施对其表面进行保护。
大体积砼裂缝预防和控制是一项系统工程, 需要在工程施工中合理配料、科学施工、改进工艺、加强养护, 从而减少裂缝的产生, 最大限度确保混凝土质量。
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