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大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析與防控措施
論文關(guān)鍵詞:大體積混凝土;裂縫;原因;防控措施
論文摘要:大體積混凝土結(jié)構(gòu)物施工技術(shù)難度大,容易引發(fā)許多影響使用安全的質(zhì)量隱患。本文從混凝土內(nèi)部溫度分布情況及其變化規(guī)律著手,分析了大體積混凝土施工過程中裂縫產(chǎn)生的原因,并提出相應(yīng)的防控措施。
混凝土內(nèi)部溫度取決于混凝土本身所貯備的熱能。在絕熱條件下,混凝土內(nèi)部最高溫度為澆筑溫度與水泥水化熱溫度總和。實際施工過程中,由于混凝土內(nèi)部溫度與外界環(huán)境溫度之間存在溫差,并且混凝土四周并不能充分散熱,所以新澆筑的混凝土與周圍環(huán)境之間便會發(fā)生熱能交換;炷聊0、外界環(huán)境和養(yǎng)護條件等因素都會不斷改變混凝土內(nèi)部所貯備的熱能,并促使混凝土內(nèi)部溫度逐漸發(fā)生變化,表現(xiàn)為“由低到高,再由高到低”的變化過程,混凝土內(nèi)部最高溫度實際上是入模澆筑溫度、水泥水化熱引起的絕熱升溫和混凝土澆筑后的散熱溫度三者的疊加。
1 大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因
混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因,主要是溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結(jié)構(gòu)不合理,原材料不合格(如堿骨料反應(yīng)),模板變形,基礎(chǔ)不均勻沉降等,歸納起來主要有以下幾點。
外界氣溫變化。大體積混凝土在施工階段,它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降,會大大增加內(nèi)外層混凝土溫差,這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形而造成的,溫差愈大,溫度應(yīng)力也愈大。同時,在高溫條件下,大體積混凝土不易散熱,混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達60℃-65℃,并且有較長的延續(xù)時間。因此,應(yīng)采取溫度控制措施,防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。
混凝土的收縮;炷林屑s20%的水分是水泥硬化所必需的,而約80%的水分要蒸發(fā),多余水分的蒸發(fā)會引起混凝土體積的收縮;炷潦湛s的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后,再處于水飽和狀態(tài),還可以恢復膨脹并幾乎達到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化,在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力,導致混凝土的裂縫。影響混凝土收縮,主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝、養(yǎng)護條件等。
水泥水化熱。水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量,而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚,表面系數(shù)相對較小,所以水泥產(chǎn)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無法及時散發(fā)出去,以至于越積越高,使內(nèi)外溫差增大,產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力。水化熱產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部最高溫度,多發(fā)生在澆筑后的最初3天至5天,以后逐漸降低,這與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān)。結(jié)構(gòu)裂縫主要是由降溫和收縮引起的,前者引起外約束,是導致貫通裂縫的主要原因;后者引起自約束,主要引起表面裂縫。因此在降溫階段,如果溫差較大,則早期出現(xiàn)裂縫的可能性較大。
約束條件。大體積混凝土與地基澆在一起,早期混凝土溫度上升時,混凝土膨脹受到地基約束會產(chǎn)生壓應(yīng)力;當后期溫度下降時,混凝土收縮受到地基約束便會產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于混凝土的抗壓性能優(yōu)于抗拉性能,所以在受壓時一般不會出現(xiàn)裂縫,而在受拉時,當拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度時,就會在混凝土中出現(xiàn)垂直裂縫。
2 大體積混凝土裂縫的防控措施
2.1 科學用料、合理調(diào)配
控制含泥量。根據(jù)結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸和泵送管道內(nèi)徑,選擇合理的最大粒徑。選用天然連續(xù)級配的粗集料,使混凝土具有較好的可泵性,減少用水量、水泥用量,進而減小水化熱,以采用級配良好的中砂為宜,通過試驗證明,采用細度模數(shù)2.8的中砂比采用細度模數(shù)2.3的中砂,可減少用水量20kg/m3-25kg/m3,可降低水泥用量28kg/m3-35kg/m3。因而降低了水泥水化熱,混凝土溫度升高和收縮,選用合理砂率對混凝土的可泵性是有所提高的。
控制水灰比。混凝土中摻入一定數(shù)量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。不但能代替部分水泥,而且粉煤灰顆粒呈球狀具有滾動效應(yīng),起到潤滑作用,可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性,并且能夠補充泵送混凝土中粒徑在0.315 mm以下的細集料達到占15%的要求,從而改善了可泵性。摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰的混凝土后期強度高,在一定范圍內(nèi)60天比28天強度均可增長20%左右。
減少水泥用量。選用水化熱較低的32.5號礦渣硅酸鹽水泥。其早期的水化與同齡期的普通硅酸鹽水泥相比,3天的水化熱約低30%。大體積混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚,使混凝土早期升溫和后期降溫產(chǎn)生內(nèi)部和表面溫差。合理地選用水泥是控制溫度裂縫的有效措施。
2.2 優(yōu)化澆搗方法
大體積混凝土施工段的劃分及澆筑順序應(yīng)根據(jù)具體工程結(jié)構(gòu)確定,通常按該工程項目劃分表的單元工程進行劃分;炷量刹捎没炷吝\輸車運到現(xiàn)場,汽車泵或混凝土輸送泵運送入倉;如采用非泵送混凝土,可用吊機(車)直接布料或搭設(shè)腳手架采用機動車布料。大體積混凝土必須根據(jù)當?shù)刂虚L期天氣預報,選擇最佳天氣條件進行澆筑,應(yīng)盡量安排在低溫時段澆筑,以最大限度降低混凝土的初凝溫度。在澆筑過程中, 應(yīng)遵循“同時澆搗、分層推進,一次到頂, 循序漸進”的成熟工藝。振搗時重點控制兩點,即混凝土流淌的最近點和最遠點, 振動點振動時不能漏振,盡可能采用兩次振搗工藝, 以提高混凝土的密實度。
2.3 加強后期養(yǎng)護
養(yǎng)護是一項十分關(guān)鍵的工作,養(yǎng)護主要是保持適宜的溫度和濕度,以便控制混凝土內(nèi)表溫差,促進混凝土強度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。根據(jù)工程的具體情況,應(yīng)盡可能多養(yǎng)護一段時間,拆模后立即回土或覆蓋保護,同時預防近期驟冷氣候影響,以控制內(nèi)表溫差,防止混凝土早期和中期裂縫。養(yǎng)護用水的溫度應(yīng)與現(xiàn)場測得的混凝土表面溫度接近,以免人為造成混凝土表面產(chǎn)生溫度梯度,進而出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土的養(yǎng)護,不僅要滿足強度增長的需要,還應(yīng)通過溫度控制,防止因溫度變形引起混凝土的開裂。溫度控制就是對混凝土的澆筑溫度和混凝土內(nèi)部的最高溫度進行控制。在混凝土養(yǎng)護階段的溫度控制應(yīng)遵循以下幾點:①混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應(yīng)小于20℃;當結(jié)構(gòu)混凝土具有足夠的抗裂能力時,不大于25℃-30℃。②混凝土拆模時,混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應(yīng)包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫。③采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。④保溫法是在結(jié)構(gòu)外露的混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料(如草袋、鋸木、濕砂等),在緩慢的散熱過程中,使混凝土獲得必要的強度,以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。⑤混凝土表層布設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)片,增強混凝土的抗裂性,防止混凝土收縮時產(chǎn)生干裂。
結(jié)語
雖然學術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論,但對于具體的預防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一,同時在實踐中的應(yīng)用效果也是比較好的,具體施工中要靠我們多觀察、多比較,出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié),結(jié)合多種預防處理措施,同時應(yīng)做好充分的施工準備、加強現(xiàn)場協(xié)調(diào)與組織管理,混凝土的裂縫是完全可以避免的。
參考文獻
[1]葉琳昌,沈義.大體積混凝土施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1987.
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