大体积混凝土施工的裂缝控制措

摘要: 大体积混凝土具有结构厚、体积大、混凝土数量多的特点, 由于混凝土的水泥在水化过程中释放出的大量水化热引起的温度变化和混凝土收缩而产生的温度应力和收缩应力是混凝土产生裂缝的主要原因, 这些裂缝会给工程带来不同程度的危害。文章分析了大体积混凝土施工中因温度变化和混凝土收缩产生的裂缝的形成机理。

关键词: 大体积混凝土; 裂缝; 质量控制

0 前言

在现代工业与民用建筑中, 混凝土工程规模越来越大, 结构形式也越来越复杂, 大体积混凝土具有结构厚、体积大、混凝土数量多、质量控制难的特点。这类结构, 由外部荷载引起裂缝的可能性较小, 其产生裂缝的主要原因有2 种: ①水泥在水化过程中释放出的大量水化热引起的温度变化而产生的温度应力; ②混凝土收缩而产生的收缩应力。这2 种原因而产生的裂缝约占80%～85%, 这些裂缝给工程带来不同程度的危害, 因此, 大体积混凝土施工中必须注意控制好温度应力和收缩应力, 采取措施防止混凝土结构裂缝的产生。

1 大体积混凝土温度及收缩应力产生的原因

1.1 水泥水化热

水泥在水化过程中要产生大量的热量, 是大体积混凝土内部热量的主要来源, 由于大体积混凝土内部热量不易散失, 内外温差过大时, 就会产生温度应力, 若温度应力大于混凝土的抗拉强度, 就会产生温度裂缝, 这是大体积混凝土产生裂缝的主要原因。

1.2 约束条件

大体积混凝土与地基浇在一起, 早期混凝土温度上升时,混凝土膨胀受到地基约束会产生压应力; 当后期温度下降时,混凝土收缩时受到地基的约束便会产生拉应力。由于混凝土的抗压性能优于抗拉性能, 所以在受压时一般不会出现裂缝, 而在受拉时, 当拉应力大于混凝土的抗拉强度时, 就会在混凝土中出现垂直的裂缝。

1.3 外界气温变化

大体积混凝土在施工期间, 外界温度变化对混凝土的开裂有很大影响。大体积混凝土内部温度取决于浇筑温度、水泥水化温度和散热温度三者的叠加, 当外界温度骤然变化, 特别是骤然下降时, 就会大大增加大体积混凝土内外温差, 产生较大的温度应力, 造成大体积混凝土出现裂缝。

1.4 混凝土的收缩变形

混凝土的拌合水中, 只有约20%是水泥水化所需要的, 其余80%都要被蒸发, 这部分水的蒸发是引起混凝土收缩的主要原因之一, 当收缩变形受到约束时, 就会因收缩应力而产生收缩裂缝。

2 大体积混凝土裂缝控制措施

2.1 原材料质量的控制

2.1.1 水泥

要降低混凝土的水化热, 就要降低水泥本身的水化热, 并且尽量降低单方混凝土中的水泥用量。因此, 工程施工应采用水化热较低的水泥, 并且要尽量降低单方混凝土中的水泥用量。资料表明, 1m3 混凝土中的水泥用量每减少10kg, 混凝土内部温度可降低1℃, 减少水泥用量可以减少总的水化放热量, 从而可以降低混凝土内外温差。

2.1.2 外掺料

掺用粉煤灰可以取代部分水泥用量, 从而降低混凝土的水化热, 同时利用粉煤灰的活性效应, 使混凝土更加致密, 提高抗渗性能; 由于掺加粉煤灰后使混凝土中的浆量增多, 减少了混凝土拌合物的离析和泌水现象, 改善了混凝土的和易性, 提高了混凝土的均质性。

2.1.3 外加剂

采用高效缓凝减水剂, 一方面可相应地减少用水量和水泥用量, 降低了混凝土的水化热; 另一方面可延缓混凝土的凝结时间, 减少浇筑过程中出现施工缝的可能性。还可通过掺加膨胀剂, 使混凝土产生体积微膨胀, 在混凝土中建立预压应力, 利用补偿收缩性能抵抗混凝土的干缩, 抵制裂缝产生, 提高混凝土的抗裂抗渗性能。

2.2 大体积混凝土施工过程质量控制

①施工前应周密计划, 保证混凝土的供应, 搅拌站和施工现场要密切配合, 以保证有足够的混凝土供应量, 确保大体积混凝土的顺利施工。

②对现场混凝土泵车进行合理安排和调度, 安排好施工顺序, 以使混凝土结构一次浇筑成型, 避免出现施工缝。

③混凝土浇筑时采用“分区定点、一个坡度、循序推进、一次到位”的浇筑工艺。根据混凝土泵车布料杆的长度, 划定浇筑区域, 每台泵车负责本区域混凝土浇筑。浇筑时先在一个部位进行, 直至达到设计标高。混凝土形成扇形向前流动, 然后在其坡面上连续浇筑, 循序推进。这种浇筑方法能较好的适应泵送工艺, 便每车混凝土都浇筑在前一车混凝土形成的坡面上, 确保每层混凝土之间的浇筑间歇时间不超过规定的时间。同时可解决频繁移动泵管的间题, 也便于浇筑完的部位进行覆盖和保温。

④混凝土浇筑应连续进行, 间歇时间不超过6h, 如遇特殊情况, 混凝土在4h 仍不能连续浇筑时, 需采取措施。即在已浇筑的混凝土表面上插12 短插筋, 长度1m, 间距50mm, 呈梅花形布置, 同时将混凝土表面用塑料薄膜加草席覆盖保温。

⑤对于泵送混凝土, 其表面水泥浆较厚, 不仅会引起混凝土的表面收缩开裂, 而且会影响混凝土的表面强度, 因此在混凝土浇筑后要进行二次抹面工作。在混凝土浇筑后, 初凝前先初步按设计标高用长刮尺刮平后, 用木抹子抹压, 初凝后终凝前再用水抹子抹压一遍, 以闭合收水裂缝, 避免混凝土收缩裂缝的产生。

3 混凝土浇筑后的温度监测及养护

3.1 大体积混凝土的测温

在混凝土浇筑前, 应每隔6m～8m 布设测温点, 每一个测温点用钢管进行预留, 并与钢筋焊接牢固, 分别设置在从混凝土表面向下100mm 和混凝土底板中间。混凝土浇筑3d 内, 每2h进行一次系统测温( 包括测其表面及大气温度) ; 3d 后, 每4h测温一次。根据测温结果, 按照混凝土的内外温差, 及时调整覆盖材料的厚度, 确保混凝土内部与表面的最大温差不超过25℃。当大气温度较高时, 在确保其内外温差小于25℃的前提下, 于气温较高时掀开覆盖层进行散热。气温开始下降, 再及时进行覆盖。

3.2 大体积混凝土的养护

养护是一项十分关键的工作。养护主要是保持适宜的温度和湿度, 以便控制混凝土内表温差, 促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。根据工程的具体情况, 应尽可能多养护一段时间, 拆模后应立即回土或覆盖保护, 同时预防近期骤冷气候影响, 以控制内表温差, 防止混凝土早期和中期裂缝。养护用水的温度应与现场测得的混凝土表面温度接近, 以免人为造成混凝土表面产生温度梯度, 进而出现裂缝。

大体积混凝土的养护, 不仅要满足强度增长的需要, 还应通过温度控制, 防止因温度变形引起混凝土的开裂。温度控制就是对混凝土的浇筑温度和混凝土内部的最高温度进行控制。在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点。

①混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃; 当结构混凝土具有足

够的抗裂能力时, 不大于25℃～30℃。②混凝土拆模时, 混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温。③采用内部降温法来降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管, 通入冷却水, 降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行, 还有常见的投毛石法, 均可以有效地控制因混凝土内外温差而引起的混凝土开裂。④保温法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料( 如草袋、锯木、湿砂等) , 在缓慢的散热过程中, 使混凝土获得必要的强度, 以控制混凝土的内外温差小于20℃。⑤混凝土表层布设抗裂钢筋网片, 增强混凝土的抗裂性防止混凝土收缩时产生干裂。若温度差接近25℃, 即需及时采取下述措施: 在该处附近加盖草包, 并用温度略高于表温的水加以养护; 用碘钨灯进行照射以控制温度差在25℃之内。根据试验确定到达最高温度的时间, 在此时间内, 在底板上草袋不准移去, 亦不得随意掀开, 仍要继续养护至少1d 以上。

4 结论

大体积混凝土施工技术与措施直接关系到混凝土结构的使用性能, 若不能很好的了解大体积混凝土结构开裂的原因以及掌握应对此类问题的措施, 那么在实际施工中就很难保证施工质量。①在大体积混凝土施工时, 优选原材料, 设计好配合比是确保工程质量的前提。选用水化热较低的水泥品种, 控制单位水泥用量, 采用“双掺”( 即掺用矿物掺合料和高性能外加剂)是控制大体积混凝土温升、抑制裂缝的产生、确保施工质量的重要措施。②在大体积混凝土施工时, 降低混凝土的入模温度对控制大体积混凝土的内外温差有非常重要的作用。一般情况下, 在混凝土浇筑后, 降低其内部温度要比降低其入模温度的措施复杂, 费用也高, 因此, 应尽量降低入模混凝土的温度。③大体积混凝土施工时, 先期制定可行的施工方案是有效控制温度裂缝和浇筑质量的关键。施工中, 一定要严格按方案组织施工, 确保混凝土施工的连续性; 同时还应充分考虑到可能出现的意外情况, 应制定相应的应急措施; 还应根据工程实际情况, 采取一些其他的辅助措施, 例如: 增加抗裂钢筋、增设滑动层、设置遮阳棚、降低原材料温度等。④在大体积混凝土施工时, 必须加强养护, 加强温度监控。合理设置测温点, 及时测量大体积混凝土内部温度, 准确控制其内外温差。另外, 加强早期养护、加强温度监控是有效控制温度裂缝关键环节。