浅论大体积混凝土裂缝形成的原因及预防措施

摘要:本文通过对大体积混凝土收缩裂缝、温差裂缝、安定性裂缝产生的原因进行分析,总结出各类裂缝主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。从设计及施工两方面提出了防治裂缝的具体措施,旨在解决大体积混凝土裂缝的质量问题。

关键词:裂缝,大体积混凝土,设计措施,施工措施

1大体积混凝土裂缝形成的原因

大体积混凝土墩台身或基础等结构裂缝的发生是由多种因素引起的。各类裂缝产生的主要影响因素有两种:1)结构型裂缝,是由外荷载引起的,包括常规结构计算中的主要应力以及其他结构次应力造成的受力裂缝。2)材料型裂缝,是由非受力变形变化引起的,主要是由温度应力和混凝土收缩引起的。

1.1收缩裂缝

混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量,用水量和水泥用量越高,混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同,干缩、收缩的量也不同。混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩,会产生很大的收缩应力。如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝。在大体积混凝土里,即使水灰比并不低,自身收缩量值也大,但是它与温度收缩叠加到一起,就要使应力增大,所以在水工大坝施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。

1.2温差裂缝

混凝土内外温差过大会产生裂缝。主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后,水泥因水化引起水化热,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成了较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。此时,混凝土龄期短,抗拉强度很低,当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度时,则会在混凝土表面产生裂缝。

1.3安定性裂缝

安定性裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格而引起的。

2裂缝的防治措施

2.1设计措施

1)精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽可能地降低混凝土的单位用水量,采用三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)的设计准则,生产出高强、高韧性、中弹、低热和高级拉值的抗裂混凝土。

2)增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距,全截面的配筋率应在0.3%-0.5%之间。

3)避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

4)在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率,提高混凝土的极限拉伸。

5)在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征,合理设置后浇缝,保留时间一般不小于60d。如不能预测施工时的具体条件,也可临时根据具体情况做设计变更。

2.2施工措施

1)严格控制混凝土原材料质量和技术标准,选用低水化热水泥,粗细骨科的含泥量应尽量减少(1%-1.5%以下)。

优选混凝土各种原材料。在条件许可的情况下,应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%-83%,应选择线膨胀系数小、岩石弹膜较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。砂除满足骨料规范要求外,应适当放宽石粉或细粉含量,砂子中石粉比一般在15%-18%之间为宜。粉煤灰只要细度与水泥颗粒相当,烧失量小,含硫量和含碱量低,需水量比小,均可掺用在混凝土中使用。高效减水剂和引气剂复合使用对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量,改善新拌混凝土的工作度,提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用,也是混凝土向高性能化发展不可或缺的重要组分。

2)细致分析混凝土集料的配比,控制混凝土的水灰比,减少混凝土的坍落度,合理掺加塑化剂和减水剂。

3)采用综合措施,控制混凝土初始温度。

4)根据工程特点,充分利用混凝土后期强度,可以减少用水量,降低水化热和收缩。

5)加强混凝土的浇灌振捣,提高密实度。

6)混凝土尽可能晚拆模,拆模后混凝土表面温度不应下降至15℃。

7)采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高抗裂性。

8)根据具体工程特点,采用UEA补偿收缩混凝土技术。

9)对于高强混凝土,应尽量使用中热微膨胀水泥,掺超细矿粉和膨胀剂,使用高效减水剂。通过试验掺入粉煤灰,掺量15%-50%。

综上可以看到,混凝土裂缝的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力,影响建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响建筑物的承载能力,大体积混凝土的裂缝是可以控制的,其关键就在于采取措施控制水泥水化热引起的温度变化,这样才能解决大体积混凝土裂缝的质量问题。