大體積混凝土溫度裂縫的防治措施

朱建軍

1 概述

伴隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,大中城市出現(xiàn)了很多高層乃至超高層大型建筑,大體積的混凝土也越來越多的得到應(yīng)用,大體積泵送混凝土施工工藝隨之而誕生。但工程中泵送大體積混凝土施工后的構(gòu)件很容易產(chǎn)生不同程度的溫度裂縫,嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。針對(duì)這個(gè)問題,本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),分析大體積泵送混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因和特點(diǎn),提出相應(yīng)的防治措施。

2 大體積混凝土溫度裂縫的成因和特點(diǎn)

2.1 大體積混凝土溫度裂縫的成因

大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生是由混凝土原材料和配比、施工技術(shù)和設(shè)備條件等引起的。泵送混凝土配比中的水泥用量較多、添加不同的摻合物、砂率偏大、水灰比受限和添加泵送劑等是致使裂縫產(chǎn)生的主要原因之一;而在施工過程中,混凝土原料的計(jì)量不準(zhǔn)確、拌合物過干或過稀、泵送后混凝土均勻性差、振搗不密實(shí)不均勻,都極易產(chǎn)生大體積混凝土的裂縫。

混凝土材料發(fā)生物理及化學(xué)變化也是大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因,水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量,當(dāng)水泥用量達(dá)到350 kg/m3～550 kg/m3時(shí),每立方米混凝土將放出17 500 kJ～27 500 kJ的熱量,會(huì)使混凝土內(nèi)部溫度升高。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同,形成了溫度梯度,勢(shì)必造成溫度變形和溫度應(yīng)力,溫度應(yīng)力和溫差成正比。當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束力(包括混凝土的抗拉強(qiáng)度)時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂縫?；炷恋幕旌狭显诓煌臏囟葪l件下凝結(jié)硬化,會(huì)產(chǎn)生體積變形,水泥石的干燥和冷卻收縮大,而集料的干燥和冷卻收縮小,同時(shí)水泥石和集料之間相互粘結(jié)形成約束,從而產(chǎn)生變形裂縫。

2.2 大體積混凝土溫度裂縫的特點(diǎn)

該類裂縫寬度大、內(nèi)應(yīng)力小,對(duì)荷載的影響小,但對(duì)耐久性損害大。從裂縫形態(tài)上看,有的位置寬,有的位置窄,其寬窄不均勻。

3 大體積混凝土溫度裂縫的防治措施

3.1 選擇合理原材料和配合比

1)水泥品種的選擇。大體積混凝土引起裂縫的主要原因就是水泥水化熱的大量積聚,使混凝土出現(xiàn)早期升溫和后期降溫而產(chǎn)生內(nèi)部和表面的溫差。因此應(yīng)選擇水化熱適當(dāng)?shù)乃?如中熱硅酸鹽水泥或者低熱礦渣硅酸鹽水泥,這是減少溫差的主要措施,在摻加泵送劑或粉煤灰時(shí),也可以選用礦渣硅酸鹽水泥。2)控制水泥用量。根據(jù)大量試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐證明,每立方米混凝土的水泥用量增減10 kg水泥,其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升高或降低1℃。因此,為了更好的控制水化熱所造成的溫度升高,減少溫度應(yīng)力,可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)實(shí)際承受荷載的情況,對(duì)工程結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核與驗(yàn)算,并取得設(shè)計(jì)部門的同意后,可以用56 d或者90 d的抗壓強(qiáng)度來代替28 d的抗壓強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度,這樣一來可以相應(yīng)減少水泥用量,如果充分利用混凝土的后期強(qiáng)度,則可以使每立方米混凝土水泥用量減少40 kg～70 kg左右,混凝土溫度相應(yīng)降低4℃～7℃。3)適當(dāng)摻加摻合料。國內(nèi)外大量試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐證明,混凝土中摻入一定量?jī)?yōu)質(zhì)的粉煤灰后,不但能代替部分水泥,起到潤滑作用,改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、粘聚性和保水性,還可以改善混凝土的可泵性,降低產(chǎn)生的水化熱,改善了混凝土的后期強(qiáng)度。4)正確使用外加劑。水灰比是影響混凝土收縮的重要因素,使用減水防裂劑使混凝土用水量減少25%,在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15%水泥用量,其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充。而減水防裂劑還可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形。5)選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的粗細(xì)骨料。粗骨料選用時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)最小斷面尺寸和泵送管道內(nèi)徑選擇合理的最大粒徑。細(xì)骨料選用時(shí)宜采用級(jí)配良好的中砂。泵送混凝土也宜選用合理的砂率,砂率過大不僅影響混凝土的強(qiáng)度,而且能增大收縮和裂縫。

3.2 控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑前后溫度的變化

1)為了降低混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度,最有效的方法是降低原材料溫度,要最有效的降低石子溫度,在氣溫較高時(shí),防止太陽直射,在砂石堆積場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽棚,必要時(shí)可以向堆積場(chǎng)的骨料噴淋水,或者在使用前用冷水沖洗集料。2)冷卻攪拌運(yùn)輸車罐體、泵送管道保溫也是必要的措施。3)澆筑混凝土?xí)r減少混凝土的厚度,利用澆筑層面散熱。4)在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫。5)規(guī)定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

3.3 改進(jìn)施工工藝

1)攪拌工藝。實(shí)踐證明采用二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝,可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上,使硬化后界面過渡層結(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)力增大,從而提高混凝土強(qiáng)度、節(jié)約水泥,這樣減少了水化熱而避免裂縫產(chǎn)生。2)振搗工藝。對(duì)澆筑的混凝土在終凝前進(jìn)行二次振搗,可排除混凝土因泌水在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分,提高粘結(jié)力和抗拉強(qiáng)度,并減少內(nèi)部裂縫余氣孔,提高抗裂性。3)養(yǎng)護(hù)工藝。養(yǎng)護(hù)方法分為保溫法與保濕法,大體積混凝土澆筑完畢后,應(yīng)當(dāng)在12 h內(nèi)加以覆蓋和澆水,采用普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d;采用礦渣水泥、火山灰水泥等拌制的混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于21 d,必須切實(shí)做好嚴(yán)格按照要求定時(shí)定點(diǎn)進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)。4)覆蓋地膜?；炷翝仓瓿珊?澆水養(yǎng)護(hù)比較重要,混凝土覆蓋地膜后起到一個(gè)保溫保濕的作用,混凝土在適宜的溫度、濕度條件下凝結(jié)硬化、水化充分而完全,溫度沒有形成急劇下降,會(huì)有效的減少溫度裂縫的產(chǎn)生。5)合理的分縫分塊。大體積混凝土結(jié)構(gòu)在允許的情況下合理分割縫隙、分塊,可減小裂縫。6)控制拆模時(shí)間。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發(fā),表面附加一拉應(yīng)力,與水化熱應(yīng)力疊加,再加上混凝土干縮,表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)。7)設(shè)置后澆縫。當(dāng)大體積混凝土平面尺寸過大時(shí),可適當(dāng)設(shè)置后澆縫,以減少溫度應(yīng)力和外應(yīng)力;同時(shí)也有利于散熱,降低混凝土的內(nèi)部溫度。

4 結(jié)語

大體積混凝土的裂縫已成為通病,大體積泵送混凝土溫度裂縫尤其普遍,已嚴(yán)重影響了工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,因此,我們應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況,合理地選用原材料及適當(dāng)?shù)呐浜媳?摻加必要的摻合料及添加劑,充分利用混凝土的晚期強(qiáng)度,減少水泥用量;精心組織設(shè)計(jì)施工工藝方案,確保工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,盡量減少溫度裂縫的產(chǎn)生。

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