大體積混凝土結構裂縫的控制技術研究
2008-08-01 00:00
| 摘要：本文介紹了大體積混凝土裂縫的成因及兩個工程項目采取的有效防裂措施，取得了良好的效果。 關鍵詞：大體積混凝土 裂縫 成因 防裂措施 1前言 隨著佛山建設廣東省第三大城市的深入發(fā)展，近年我市大型現(xiàn)代化技術設施或高層建筑不斷增多，而工業(yè)建筑中的大型設備基礎、高層建筑基礎常常采用大體積混凝土結構。大體積混凝土，是指混凝土實體最小尺寸≥1 m，或預計會因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導致裂縫的混凝土。大體積混凝土施工時遇到的普遍問題是溫度裂縫，由于混凝土的體積大，聚集的水化熱大，在混凝土內(nèi)外散熱不均勻以及受到內(nèi)外約束的情況時，混凝土內(nèi)部 會產(chǎn)生較大的溫度應力，導致裂縫產(chǎn)生，影響工程質(zhì)量。防止裂縫的發(fā)生，是大體積混凝土施工技術的重點和難點，必須采取切實有效的技術措施。 2大體積混凝土易裂的原因 2.1 水化溫升高，體積變化大 混凝土體積越大，水泥總用量相對大，水泥水化產(chǎn)生的熱量越不易散發(fā)，溫升越高，引起的體積變化也越大。大體積混凝土澆注后，內(nèi)部溫度遠較外部高，形成較高的溫差，造成內(nèi)漲外縮，使構件表面產(chǎn)生很大拉應力以至開裂。 2.2 受約束，產(chǎn)生拉應力 不受約束的混凝土是不會產(chǎn)生內(nèi)應力的，體積變化受約束才產(chǎn)生內(nèi)應力。 約束條件有兩種，即外約束和內(nèi)約束。外約束是指結構物的邊界條件，一般指基礎或其他外界因素對結構物的約束，水泥水化后期，散發(fā)熱量大于放熱量，構件溫度降低，體積收縮，受邊界條件約束，產(chǎn)生拉應力。如現(xiàn)在比較常見的地下室桶式結構、剪力墻結構受基礎約束明顯。內(nèi)約束是由于內(nèi)部水泥水化熱不易散發(fā)，表面則易于散發(fā)，內(nèi)部體積膨脹，表面則體積收縮（特別是遇氣溫驟降或過水），受內(nèi)部約束，產(chǎn)生拉應力。 2.3 抗拉能力低 混凝土是脆性材料，抗壓能力較高，抗拉能力較低?？估瓘姸葍H為抗壓強度的1/10左右；極限拉伸也很小，通常不足1×10－4。大體積混凝土溫度變形受約束時產(chǎn)生的拉應變（或拉應力）很容易超過極限拉伸（或抗拉強度）而產(chǎn)生裂縫。 以上三方面同時存在，并達到相當程度必然會發(fā)生裂縫。缺少其中一個，或其中一個沒有達到相當程度，裂縫可能不會發(fā)生。大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的最根本原因是水化溫升的引起的體積變化。 3大體積混凝土防裂的措施 分析大體積混凝土裂縫的成因和工程實踐表明：控制水化熱；改變約束條件；提高混凝土極限拉伸能力等措施都能有效防止裂縫的形成。但是改變約束條件和提高混凝土極限拉伸能力通常較為困難，只能通過控制水化熱來降低內(nèi)外溫差，從而解決大體積混凝土的防裂問題，所以規(guī)范要求混凝土內(nèi)外溫差小于25℃。 3.1 原材料選擇及配合比設計 ?。?）水泥 不同品種水泥水化所釋放的熱量各異，大體積混凝土宜選用水化熱低、凝結時間長的水泥。在滿足混凝土和易性、力學性能和耐久性的條件下，盡量使水泥用量降低至最小限度。從文獻資料得知，1m3混凝土中的水泥用量每減少10kg，混凝土內(nèi)部溫度可降低1℃。減少水泥用量可以減少總的水化放熱量，從而可以降低混凝土內(nèi)外溫差。 ?。?）活性摻合材料 在大體積混凝土中摻加活性摻合材料，既可以相應減少水泥用量，又可以降低混凝土水化溫升。目前在南方地區(qū)粉煤灰是最理想的活性摻合材料。 摻加粉煤灰能大幅度降低混凝土的水化熱。粉煤灰火山灰反應進展比較遲緩，發(fā)熱的速率較低。試驗數(shù)據(jù)表明，用粉煤灰取代20%的水泥，可使7d內(nèi)的水化熱下降11%，取代30%的水泥時下降25%。溫升峰值顯著降低，出現(xiàn)峰值時間也向后推遲；粉煤灰中含有大量球型玻璃體顆粒，內(nèi)部結構致密，幾乎沒有裂隙，內(nèi)比表面積較小，吸附水的能力較低，因而使混凝土的干縮性減小，抗裂性提高。 ?。?）外加劑 大體積混凝土宜選用高效緩凝型減水劑。 外加劑的緩凝作用可使水泥水化放熱速率減慢，有利于熱量消散，能使混凝土內(nèi)部溫升降低。 高效緩凝型減水劑還具有一定的引氣作用?；炷林幸胍欢康奈⑿〉姆忾]氣泡，能有效地減小骨料間的摩阻力，使混凝土拌合物的和易性和硬化混凝土內(nèi)部的孔結構得到改善，也利于提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性等耐久指標。 高效減水作用能大幅度減少混凝土用水量，保持水灰比不變，可大幅度減少混凝土中的水泥用量，亦即降低總的水化熱。 另外，在大體積混凝土中也可采用膨脹劑來控制裂縫的產(chǎn)生，膨脹劑具有膨脹效應，它不但可補償混凝土的收縮，而且能降低混凝土的整體溫度。但是膨脹劑的成本較高且質(zhì)量參差不齊，應通過試驗慎重選用。 總之，在設計大體積混凝土配合比時，必須尋找一切可能的方法，以減少用水量，相應地減少水泥用量，從而降低混凝土硬化過程中總的水化總熱量。摻加活性摻合材料，使用高效緩凝型減水劑都是有效的措施，另外選用盡可能大尺寸的粗骨料、級配良好的中粗砂及合理的砂率，既可降低水化熱又可抑制混凝土的變形。 3.2 大體積混凝土的施工工藝 （1）分塊分層澆筑混凝土，有利于錯開拌合物內(nèi)各層的水化時刻，分散混凝土的放熱峰值。一般在第一層混凝土還未初凝時，澆注上一層。 （2）在振搗上一層時，振動棒應插入下一層50～100mm，以消除兩層之間的接縫，振動時間不宜過長，防止石子下沉造成混凝土結構不均勻。 （3）在澆筑完畢到混凝土初凝之前，粗抹面一次，混凝土接近終凝時，應用木模第二次抹光，消除混凝土表面的龜裂裂紋。 ?。?）采取措施控制澆筑溫度，如拌和用水以碎冰形式加進混凝土拌合物中，使新拌混凝土的溫度被限制在6℃左右；在施工現(xiàn)場搭建遮陽蓬，防止烈日爆曬混凝土表面等。 ?。?）必要時可以預埋冷卻水管，用循環(huán)水進行人工導熱，以降低混凝土的內(nèi)部溫度。 3.3 大體積混凝土的養(yǎng)護和測溫 當表面混凝土接近冷卻時，表面和內(nèi)部的溫差就會產(chǎn)生溫度梯度，從而產(chǎn)生超過未成熟混凝土抗拉強度的拉應力，使混凝土開裂。因此混凝土的養(yǎng)護保溫工作非常重要，通常是在混凝土表面覆蓋麻袋、塑料薄膜、棉被等保溫材料；有時也可在混凝土終凝后，在混凝土表面蓄上一定高度的水，由于水的導熱系數(shù)為0.58W/(m·K)，因而有一定的隔熱保溫效果。 在大體積混凝土不同深度處預埋測溫元件，可以隨時掌握混凝土內(nèi)部與表面溫差及大氣溫度變化情況，當溫差超過25℃時，及時采取保溫、保濕養(yǎng)護措施，防止裂縫產(chǎn)生。 4工程實例 ?。?）佛山市中醫(yī)院醫(yī)療綜合樓占地面積約1萬m2，地下室底板混凝土強度等級為C35P8，主樓底板厚950mm，承臺厚3000 mm；裙樓底板厚550mm，承臺厚1800 mm；電梯井最厚處達4450mm，底板設六條后澆帶，分成六個澆筑區(qū)段，每個區(qū)段約需砼2000～3000m3，泵送施工，環(huán)境溫度18℃～28℃，由我司供應預拌混凝土。采用韶峰牌42.5普通硅酸鹽水泥，Ⅱ級粉煤灰和大胡子牌高效緩凝減水劑，設計配合比及試驗結果如表1所示。混凝土施工采用分塊 分層澆筑，現(xiàn)場測得混凝土初凝時間為13小時，終凝時間為24小時，滿足了分層澆筑及抹面的要求?；炷两K凝后，立即覆蓋一層塑料薄膜及兩層麻袋，較厚承臺處加蓋一層薄膜、一層麻袋，最厚4450mm電梯井處再加蓋一層棉被。 選取有代表的承臺為測溫區(qū)，用電子測溫儀測試混凝土的內(nèi)外溫差。測試結果表明，混凝土在3d～5d齡期出現(xiàn)溫升峰值，內(nèi)部最高溫度為71℃，內(nèi)外溫差均在25℃以下。攪拌站隨機取樣進行抗壓強度試驗，試驗結果如表2所示。 從檢測的結果可以看出，混凝土的質(zhì)量完全達到設計要求；該工程完成至今已超過兩年未發(fā)現(xiàn)任何裂縫。 ?。?）佛山市德力梅塞爾工程分餾塔基礎截面尺寸為10m×16m，厚度為3m，一次性泵送澆筑混凝土量約480m3，混凝土強度等級為C30，抗?jié)B等級為P12，抗凍等級F100。采用韶峰牌42.5普通硅酸鹽水泥、Ⅱ級粉煤灰、UEA膨脹劑和柯杰牌KJ－70AL型外加劑，設計配合比如表3所示。 配合比抗?jié)B和抗凍試驗結果均超過設計要求。 因為該基礎面積不大，混凝土養(yǎng)護采取蓄水保溫，蓄水深度100mm，當內(nèi)外溫差臨近25℃時，通過電熱絲加熱保溫。測溫結果，內(nèi)部最高溫度為70℃，內(nèi)外溫差未達25℃。該基礎施工完成已兩個月，通過現(xiàn)場檢查混凝土表面平整、未發(fā)現(xiàn)溫差裂逢。 5結束語 大體積混凝土施工，只要選好原材料，確定配合比，并在施工組織和施工技術上采取必要的措施，就能控制溫度裂縫的產(chǎn)生。上述兩項工程在這些方面都做了充分的準備，并且切實可行，達到較好的效果，給我們在同類工程施工中積累了實踐經(jīng)驗。 參考文獻： 1、馮乃謙，實用混凝土大全，北京，科學出版社，2001 2、佟萬泉，淺析大體積混凝土結構裂縫的控制，遼寧，混凝土，2002 3、遲陪云，錢強，高昆，大體積混凝土開裂的起因及防裂措施，青島，2001 |
| 原作者： 廣東省六建集團混凝土制品分公司 黃日深 |
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