大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制技術(shù)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(gè)工程項(xiàng)目采取的有效防裂措施，取得了良好的效果。 關(guān)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(shè)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(shù)設(shè)施或高層建筑不斷增多，而工業(yè)建筑中的大型設(shè)備基礎(chǔ)、高層建筑基礎(chǔ)常常采用大體積混凝土結(jié)構(gòu)。大體積混凝土，是指混凝土實(shí)體最小尺寸≥1 m，或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土。大體積混凝土施工時(shí)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(shí)，混凝土內(nèi)部 會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)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(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，必須采取切實(shí)有效的技術(shù)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(duì)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(yuǎn)較外部高，形成較高的溫差，造成內(nèi)漲外縮，使構(gòu)件表面產(chǎn)生很大拉應(yīng)力以至開裂。 2.2 受約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力 不受約束的混凝土是不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的，體積變化受約束才產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 約束條件有兩種，即外約束和內(nèi)約束。外約束是指結(jié)構(gòu)物的邊界條件，一般指基礎(chǔ)或其他外界因素對(duì)結(jié)構(gòu)物的約束，水泥水化后期，散發(fā)熱量大于放熱量，構(gòu)件溫度降低，體積收縮，受邊界條件約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力。如現(xiàn)在比較常見的地下室桶式結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)受基礎(chǔ)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(yīng)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?qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)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(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)變（或拉應(yīng)力）很容易超過極限拉伸（或抗拉強(qiáng)度）而產(chǎn)生裂縫。 以上三方面同時(shí)存在，并達(dá)到相當(dāng)程度必然會(huì)發(fā)生裂縫。缺少其中一個(gè)，或其中一個(gè)沒有達(dá)到相當(dāng)程度，裂縫可能不會(huì)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(shí)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(shè)計(jì) ?。?）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(jié)時(shí)間長的水泥。在滿足混凝土和易性、力學(xué)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(xiàn)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(yīng)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(yīng)進(jìn)展比較遲緩，發(fā)熱的速率較低。試驗(yàn)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(shí)下降25%。溫升峰值顯著降低，出現(xiàn)峰值時(shí)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(jié)構(gòu)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。 （3）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。混凝土中引入一定量的微小的封閉氣泡，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(jié)構(gòu)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(biāo)。 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(yīng)，它不但可補(bǔ)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(yīng)通過試驗(yàn)慎重選用。 總之，在設(shè)計(jì)大體積混凝土配合比時(shí)，必須尋找一切可能的方法，以減少用水量，相應(yīng)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(jí)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(cuò)開拌合物內(nèi)各層的水化時(shí)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(shí)，澆注上一層。 （2）在振搗上一層時(shí)，振動(dòng)棒應(yīng)插入下一層50～100mm，以消除兩層之間的接縫，振動(dòng)時(shí)間不宜過長，防止石子下沉造成混凝土結(jié)構(gòu)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(shí)，應(yīng)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(jìn)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(shí)可以預(yù)埋冷卻水管，用循環(huán)水進(jìn)行人工導(dǎo)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(hù)和測溫 當(dāng)表面混凝土接近冷卻時(shí)，表面和內(nèi)部的溫差就會(huì)產(chǎn)生溫度梯度，從而產(chǎn)生超過未成熟混凝土抗拉強(qiáng)度的拉應(yīng)力，使混凝土開裂。因此混凝土的養(yǎng)護(hù)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(shí)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(dǎo)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(yù)埋測溫元件，可以隨時(shí)掌握混凝土內(nèi)部與表面溫差及大氣溫度變化情況，當(dāng)溫差超過25℃時(shí)，及時(shí)采取保溫、保濕養(yǎng)護(hù)措施，防止裂縫產(chǎn)生。 4工程實(shí)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(qiáng)度等級(jí)為C35P8，主樓底板厚950mm，承臺(tái)厚3000 mm；裙樓底板厚550mm，承臺(tái)厚1800 mm；電梯井最厚處達(dá)4450mm，底板設(shè)六條后澆帶，分成六個(gè)澆筑區(qū)段，每個(gè)區(qū)段約需砼2000～3000m3，泵送施工，環(huán)境溫度18℃～28℃，由我司供應(yīng)預(yù)拌混凝土。采用韶峰牌42.5普通硅酸鹽水泥，Ⅱ級(jí)粉煤灰和大胡子牌高效緩凝減水劑，設(shè)計(jì)配合比及試驗(yàn)結(jié)果如表1所示?；炷潦┕げ捎梅謮K 分層澆筑，現(xiàn)場測得混凝土初凝時(shí)間為13小時(shí)，終凝時(shí)間為24小時(shí)，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(tái)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(tái)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(jié)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(jī)取樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。 從檢測的結(jié)果可以看出，混凝土的質(zhì)量完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求；該工程完成至今已超過兩年未發(fā)現(xiàn)任何裂縫。 （2）佛山市德力梅塞爾工程分餾塔基礎(chǔ)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(qiáng)度等級(jí)為C30，抗?jié)B等級(jí)為P12，抗凍等級(jí)F100。采用韶峰牌42.5普通硅酸鹽水泥、Ⅱ級(jí)粉煤灰、UEA膨脹劑和柯杰牌KJ－70AL型外加劑，設(shè)計(jì)配合比如表3所示。 配合比抗?jié)B和抗凍試驗(yàn)結(jié)果均超過設(shè)計(jì)要求。 因?yàn)樵摶A(chǔ)面積不大，混凝土養(yǎng)護(hù)采取蓄水保溫，蓄水深度100mm，當(dāng)內(nèi)外溫差臨近25℃時(shí)，通過電熱絲加熱保溫。測溫結(jié)果，內(nèi)部最高溫度為70℃，內(nèi)外溫差未達(dá)25℃。該基礎(chǔ)施工完成已兩個(gè)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(jié)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(shù)上采取必要的措施，就能控制溫度裂縫的產(chǎn)生。上述兩項(xiàng)工程在這些方面都做了充分的準(zhǔn)備，并且切實(shí)可行，達(dá)到較好的效果，給我們?cè)谕惞こ淌┕ぶ蟹e累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 參考文獻(xiàn)： 1、馮乃謙，實(shí)用混凝土大全，北京，科學(xué)出版社，2001 2、佟萬泉，淺析大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制，遼寧，混凝土，2002 3、遲陪云，錢強(qiáng)，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(tuán)混凝土制品分公司 黃日深 |
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