大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及其預(yù)防控制措施

郭 瑞 杜承峰

一、大體積混凝土裂縫類(lèi)型及裂縫產(chǎn)生原因分析

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要包括干燥收縮裂縫、塑性收縮裂縫、自身收縮裂縫、安定性裂縫、溫差裂縫、碳化收縮裂縫等。

1.收縮裂縫。影響混凝土收縮的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品種?；炷林械挠盟亢退嘤昧吭礁?混凝土收縮就越大。水泥品種對(duì)干縮量及收縮量也有很大的影響,一般中低熱水泥和粉煤灰水泥的收縮量較小。

自身收縮是混凝土收縮的一個(gè)主要來(lái)源。自身收縮主要發(fā)生在混凝土拌合后的初期。塑性收縮也是大體積混凝土收縮一個(gè)主要來(lái)源。出現(xiàn)裂縫以后,混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加快,于是裂縫迅速擴(kuò)展。所以在這種情況下混凝土澆筑后需要及早覆蓋養(yǎng)生。

2.溫差裂縫?；炷羶?nèi)部和外部的溫差過(guò)大會(huì)產(chǎn)生裂縫。溫差裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過(guò)大。特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類(lèi)裂縫。溫差的產(chǎn)生主要有三種情況:第一種是在混凝土澆筑初期,這一階段產(chǎn)生大量的水化熱,形成內(nèi)外溫差并導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂,這種裂縫一般產(chǎn)生在混凝土澆筑后的第3天(升溫階段)。另一種是在拆模前后,這時(shí)混凝土表面溫度下降很快,從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。第三種情況是當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)峰值后,熱量逐漸散發(fā)而達(dá)到使用溫度或最低溫度,它們與最高溫度的差值即內(nèi)部溫差。這三種溫差都會(huì)產(chǎn)生裂縫,但最嚴(yán)重的是水化熱引起的內(nèi)外溫差。

3.安定性裂縫。安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂,主要是由于水泥安定性不合格而引起。

二、裂縫的防治措施

1.設(shè)計(jì)措施。(1)精心設(shè)計(jì)混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下,應(yīng)盡可能降低混凝土的單位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水膠比)二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)一高(高粉煤灰摻量)”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高抗拉值”的抗裂混凝土。(2)增配構(gòu)造筋,提高抗裂性能。應(yīng)采用小直徑、小間距的配筋方式,全截面的配筋率應(yīng)在0.3%～0.5%。(3)避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中。在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施。(4)在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁,提高該部位的配筋率,提高混凝土的極限抗拉強(qiáng)度。(5)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮施工時(shí)的氣候特征,合理設(shè)置后澆縫,在正常施工條件下,后澆縫間距20～30m,保留時(shí)間一般不小于60天。如不能預(yù)測(cè)施工時(shí)的具體條件,也可臨時(shí)根據(jù)具體情況作設(shè)計(jì)變更。

2.原材料控制措施。(1)盡量選用低熱或中熱水泥(如礦渣水泥、粉煤灰水泥),或利用混凝土的后期強(qiáng)度(90d～180d)以降低水泥用量,減少水化熱(因?yàn)槊考訙p10kg水泥,溫度會(huì)相應(yīng)增減1℃,水化熱與水泥用量成正比)。在條件許可的情況下,應(yīng)優(yōu)先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。因?yàn)檫@種水泥在水化膨脹期(1～5d)可產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力,而在水化后期預(yù)壓應(yīng)力可部分抵消溫度徐變應(yīng)力,減少混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力,提高混凝土的抗裂能力。(2)適當(dāng)攙加粉煤灰?；炷林袚接梅勖夯液?可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性,減少收縮,降低膠凝材料體系的水化熱,提高混凝土的抗拉強(qiáng)度,抑制堿骨料反應(yīng),減少新拌混凝土的泌水等。(3)選擇級(jí)配良好的骨料。骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對(duì)體積的80%～83%,因此在選擇骨料時(shí),應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無(wú)弱包裹層、級(jí)配良好的骨料。一般來(lái)說(shuō),可以選用粒徑4mm～40mm的粗骨料,盡量采用中砂,嚴(yán)格控制砂、石子的含泥量(石子在1%以內(nèi),砂在2%以內(nèi))?？刂扑冶仍?.6以下。還可以在混凝土中摻緩凝劑,減緩澆筑速度,以利于散熱。另外還可以考慮在大體積混凝土中摻加堅(jiān)實(shí)無(wú)裂縫、沖洗干凈、規(guī)格為150mm～300mm的大塊石。摻加大塊石不僅減少了混凝土總用量,降低了水化熱,而且石塊本身也吸收了熱量,使水化熱能進(jìn)一步降低,對(duì)控制裂縫有一定好處。(4)適當(dāng)選用高效減水劑和引氣劑,這對(duì)減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量,改善新拌混凝土的工作度,提高硬化混凝土的力學(xué)、熱學(xué)、變形、耐久性等性能起著極為重要的作用。

3.施工方法控制措施。大體積混凝土施工時(shí)內(nèi)部應(yīng)適當(dāng)預(yù)留一些孔道,在內(nèi)部通循環(huán)冷水或冷氣冷卻,降溫速度不應(yīng)超過(guò)0.5℃～1.0℃/h。對(duì)大型設(shè)備基礎(chǔ)可采用分塊分層澆筑(每層間隔時(shí)間5d～7d),分塊厚度為1.0m～1.5m,以利于水化熱散發(fā)和減少約束作用。當(dāng)混凝土澆筑在巖石地基或厚大的混凝土墊層上時(shí),在巖石地基或混凝土墊層上鋪設(shè)防滑隔離層(澆二度瀝青膠撒鋪5mm厚砂子或鋪二氈三油),底板高低起伏和截面突變處,做成漸變化形式,以消除或減少約束作用。此外,還應(yīng)加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗,提高密實(shí)度。盡可能晚拆模,拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上。盡量采用兩次振搗技術(shù),改善混凝土強(qiáng)度,提高抗裂性。還可根據(jù)具體工程特點(diǎn),采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。

4.溫度控制措施?；炷翜囟群蜏囟茸兓瘜?duì)混凝土裂縫是極其敏感的。當(dāng)混凝土從零應(yīng)力溫度降低到混凝土開(kāi)裂溫度時(shí),混凝土拉應(yīng)力超過(guò)了此時(shí)的混凝土極限拉應(yīng)力。因此,通過(guò)應(yīng)降低混凝土內(nèi)水化熱溫度和混凝土初始溫度,減少和避免裂縫風(fēng)險(xiǎn)。

人工控制混凝土溫度的措施對(duì)早期因熱原因引起的裂縫作用不明顯。比如表面保溫材料保護(hù)可以減少內(nèi)外溫差,但不可避免地招致混凝土體內(nèi)溫度很高,從受約束而導(dǎo)致貫穿裂縫的角度看,是一個(gè)潛在惡化裂縫的條件。因?yàn)轶w內(nèi)熱量遲早是要散發(fā)掉的。另外人工控制混凝土溫度還需注意的問(wèn)題是防止過(guò)速冷卻和超冷,過(guò)速冷卻不僅會(huì)使混凝土溫度梯度過(guò)大,而且早期的過(guò)速超冷會(huì)影響水泥——膠體體系的水化程度和早期強(qiáng)度,更易產(chǎn)生早期熱裂縫。超冷會(huì)使混凝土溫差過(guò)大,引起溫差裂縫澆筑時(shí)間盡量安排在夜間,最大限度降低混凝土的初凝溫度。白天施工時(shí)要求在沙、石堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽(yáng)裝置,或用濕麻袋覆蓋,必要時(shí)向骨料噴冷水。混凝土泵送時(shí),可在水平及垂直泵管上加蓋草袋并噴冷水。

三、結(jié)語(yǔ)

雖然大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多,但只要嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定施工,認(rèn)真積極的探索裂縫產(chǎn)生的原因,及早采取相應(yīng)的預(yù)防措施,就能有效地控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫?！?/p>

(編輯/丹桔)