分析大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防控措施

王 雨,杜旭言

(黑龍江省公路工程監(jiān)理咨詢公司)

1 大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因

(1)外界氣溫變化。大體積混凝土在施工階段,它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降會大大增加內(nèi)外層混凝土溫差,這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形而造成的,溫差愈大溫度應(yīng)力也愈大。同時,在高溫條件下,大體積混凝土不易散熱,混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達(dá) 60～65℃,并且有較長的延續(xù)時間。因此,應(yīng)采取溫度控制措施,防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。

(2)混凝土的收縮?；炷林屑s 20%的水分是水泥硬化所必需的,而約 80%的水分要蒸發(fā),多余水分的蒸發(fā)會引起混凝土體積的收縮。混凝土收縮的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后,再處于水飽和狀態(tài),還可以恢復(fù)膨脹并幾乎達(dá)到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化,在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土的裂縫。影響混凝土收縮的因素主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝、養(yǎng)護(hù)條件等。

(3)水泥水化熱。水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量,而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚,表面系數(shù)相對較小,所以水泥產(chǎn)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無法及時散發(fā)出去,以至于越積越高,使內(nèi)外溫差增大,產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力。水化熱產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部最高溫度,多發(fā)生在澆筑后的最初 3～5 d,以后逐漸降低,這與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān)。結(jié)構(gòu)裂縫主要是由降溫和收縮引起的,前者引起外約束,是導(dǎo)致貫通裂縫的主要原因;后者引起自約束,主要引起表面裂縫。因此在降溫階段,如果溫差較大,則早期出現(xiàn)裂縫的可能性較大。

(4)約束條件。大體積混凝土與地基澆在一起,早期混凝土溫度上升時,混凝土膨脹受到地基約束會產(chǎn)生壓應(yīng)力;當(dāng)后期溫度下降時,混凝土收縮受到地基約束便會產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于混凝土的抗壓性能優(yōu)于抗拉性能,所以在受壓時一般不會出現(xiàn)裂縫,而在受拉時,當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時,就會在混凝土中出現(xiàn)垂直裂縫。

2 大體積混凝土裂縫的防控措施

2.1 科學(xué)用料、合理調(diào)配

(1)控制含泥量。根據(jù)結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸和泵送管道內(nèi)徑,選擇合理的最大粒徑。選用天然連續(xù)級配的粗集料,使混凝土具有較好的可泵性,減少用水量、水泥用量,進(jìn)而減小水化熱,以采用級配良好的中砂為宜,通過試驗證明,采用細(xì)度模數(shù) 2.8的中砂比采用細(xì)度模數(shù) 2.3的中砂,可減少用水量 20～25 kg/m3,可降低水泥用量 28～35 kg/m3。因而降低了水泥水化熱,混凝土溫度升高和收縮,選用合理砂率提高混凝土的可泵性。

(2)控制水灰比?；炷林袚饺胍欢〝?shù)量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰,不但能代替部分水泥,而且粉煤灰顆粒呈球狀具有滾動效應(yīng),起到潤滑作用,可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性,并且能夠使泵送混凝土中粒徑在 0.315 mm以下的細(xì)集料達(dá)到占 15%的要求,從而改善了可泵性。摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰的混凝土后期強(qiáng)度高,在一定范圍內(nèi) 60 d比 28 d強(qiáng)度均可增長 20%左右。

(3)減少水泥用量。選用水化熱較低的 32.5#礦渣硅酸鹽水泥。其早期的水化與同齡期的普通硅酸鹽水泥相比,3 d的水化熱約低 30%。大體積混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚,使混凝土早期升溫和后期降溫產(chǎn)生內(nèi)部和表面溫差。合理地選用水泥是控制溫度裂縫的有效措施。

2.2 優(yōu)化澆搗方法

大體積混凝土施工段的劃分及澆筑順序應(yīng)根據(jù)具體工程結(jié)構(gòu)確定,通常按該工程項目劃分表的單元工程進(jìn)行劃分。混凝土可采用混凝土運輸車運到現(xiàn)場,汽車泵或混凝土輸送泵運送入倉;如采用非泵送混凝土,可用吊機(jī)(車)直接布料或搭設(shè)腳手架采用機(jī)動車布料。大體積混凝土必須根據(jù)當(dāng)?shù)刂虚L期天氣預(yù)報,選擇最佳天氣條件進(jìn)行澆筑,應(yīng)盡量安排在低溫時段澆筑,以最大限度降低混凝土的初凝溫度。在澆筑過程中,應(yīng)遵循“同時澆搗、分層推進(jìn),一次到頂,循序漸進(jìn)”的成熟工藝。振搗時重點控制兩點,即混凝土流淌的最近點和最遠(yuǎn)點,振動點振動時不能漏振,盡可能采用兩次振搗工藝,以提高混凝土的密實度。

2.3 加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)是一項十分關(guān)鍵的工作,養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度,以便控制混凝土內(nèi)表溫差,促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。根據(jù)工程的具體情況,應(yīng)盡可能多養(yǎng)護(hù)一段時間,拆模后立即回土或覆蓋保護(hù),同時預(yù)防近期驟冷氣候影響,以控制內(nèi)表溫差,防止混凝土早期和中期裂縫。養(yǎng)護(hù)用水的溫度應(yīng)與現(xiàn)場測得的混凝土表面溫度接近,以免人為造成混凝土表面產(chǎn)生溫度梯度,進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)不僅要滿足強(qiáng)度增長的需要,還應(yīng)通過溫度控制,防止因溫度變形引起混凝土的開裂。溫度控制就是對混凝土的澆筑溫度和混凝土內(nèi)部的最高溫度進(jìn)行控制。在混凝土養(yǎng)護(hù)階段的溫度控制應(yīng)遵循以下幾點?；炷恋闹行臏囟扰c表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應(yīng)小于 20℃;當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土具有足夠的抗裂能力時,不大于 25～30℃。混凝土拆模時,混凝土的溫差不超過 20℃。其溫差應(yīng)包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫。采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。保溫法是在結(jié)構(gòu)外露的混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料(如草袋、鋸木、濕砂等),在緩慢的散熱過程中,使混凝土獲得必要的強(qiáng)度,以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃?；炷帘韺硬荚O(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)片,增強(qiáng)混凝土的抗裂性,防止混凝土收縮時產(chǎn)生干裂。

3 結(jié) 語

雖然學(xué)術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論,但對于具體的預(yù)防和改善措施意見比較統(tǒng)一,同時在實踐中應(yīng)用效果也比較好,具體施工中要靠多觀察、多比較,出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié),結(jié)合多種預(yù)防處理措施,同時做好充分的施工準(zhǔn)備、加強(qiáng)現(xiàn)場協(xié)調(diào)與組織管理,混凝土的裂縫是可以避免的。