淺談大體積混凝土防裂施工技術(shù)

湯兆忠

摘要： 大體積混凝土是指最小截面尺寸大于等于1m的混凝土結(jié)構(gòu)。本文主要就工程實(shí)例中的大體積混凝土出現(xiàn)的裂縫問題進(jìn)行分析，并總結(jié)出一些防裂措施，以供參考。

Abstract： Mass concrete refers the concrete structure which minimum cross-sectional dimension is greater than or equal to 1m. In this paper， problems in mass concrete cracks of Engineering example were analyzed， and some anti-cracking measures were summarized， for reference.

關(guān)鍵詞： 大體積混凝土；防裂；施工技術(shù)

Key words： mass concrete；anti-cracking；construction Technology

中圖分類號：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）03-0097-02

0 引言

①通灌鐵路大體積混凝土簡介。大體積混凝土是指最小截面尺寸大于等于1m的混凝土結(jié)構(gòu)。東北東部鐵路新建通化至灌水段工程，起始于遼寧省丹東市的寬甸滿族自治縣境內(nèi)終止于吉林省通化縣。沿線高橋長隧比例高，其中北青溝特大橋最大墩高57.4m，基礎(chǔ)采用挖井基礎(chǔ)，16#墩基礎(chǔ)截面為圓端型長12.74米，寬10.94米，高11米，基礎(chǔ)混凝土方量為1250.601ｍ3，如圖１。

興隆溝6號大橋?yàn)槿€橋，３＃墩坡比４５：１，墩底截面是圓端型，長1５.１８米，寬4.78米。施工時(shí)每6米一個(gè)澆注段，一次澆注混凝土方量為392m3。如圖２。

②大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的種類。按深度的不同，大體積混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫可分為表面裂縫、深層裂縫及貫穿裂縫三種。其中表面裂縫一般危害性較小；深層裂縫是部分地切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定危害性；而貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結(jié)構(gòu)的斷面，可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較嚴(yán)重的。但出現(xiàn)裂縫并不是絕對地影響結(jié)構(gòu)安全，它都有一個(gè)最大允許值。一般混凝土結(jié)構(gòu)表面的最大裂縫寬度不得大于0.2mm。

③動(dòng)機(jī)。隨著我國建筑市場的快速發(fā)展，大體積混凝土工程越來越多，特別是在一些大壩、橋梁以及高層建筑的基礎(chǔ)工程中都出現(xiàn)大體積混凝土，而大體積混凝土硬化時(shí)要釋放出大量的水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度過高，經(jīng)常出現(xiàn)很多裂縫。這些裂縫必然會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，所以減少大體積混凝土的裂縫顯得至關(guān)重要。

1 論證

本工程大部分橋涵基礎(chǔ)墩臺身混凝土的截面尺寸較大，混凝土實(shí)體尺寸已經(jīng)大到必須采用相應(yīng)的技術(shù)措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫展開的混凝土結(jié)構(gòu)。在混凝土初凝期間水泥的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮，以及外界約束條件的共同作用而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，是導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素，這也是大體積混凝土施工要力圖規(guī)避的。

1.1 為什么會(huì)出現(xiàn)裂縫，有何危害

1.1.1 由于混凝土內(nèi)外溫差過大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力 在混凝土澆筑后，水泥因水化作用會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量，使混凝土內(nèi)部溫度快速升高，而混凝土結(jié)構(gòu)外露的表面熱量易散發(fā)，便造成混凝土內(nèi)部與表面的溫差過大，這樣就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。此時(shí)混凝土的結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生拉應(yīng)力、內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。混凝土結(jié)構(gòu)體積越大，水泥用量就越大，內(nèi)部產(chǎn)生的溫度越高，從而產(chǎn)生的溫差越大，造成溫度應(yīng)力也就越大。當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力大于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)。便會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

如果在混凝土施工階段，外界氣溫較低時(shí)，也會(huì)增大混凝土的內(nèi)外溫差，形成較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致大體積混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

1.1.2 由于溫度變化使大體積混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，從而產(chǎn)生約束應(yīng)力 在澆筑大體積混凝土?xí)r，水泥的水化熱會(huì)使結(jié)構(gòu)的溫度快速升高，從而使混凝土產(chǎn)生膨脹變形，而混凝土受到已有結(jié)構(gòu)模板的約束，從而產(chǎn)生了約束應(yīng)力，周邊的約束會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力?；炷脸跄?，水化反應(yīng)減慢，溫度迅速下降，又會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)垂直裂縫。

1.1.3 大體積混凝土因收縮變形也會(huì)引起的裂縫 混凝土塑性收縮裂縫發(fā)生在降溫階段，硬化之前，混凝土的體積隨溫度不斷減小而產(chǎn)生收縮，同時(shí)混凝土的硬化過程也混凝土內(nèi)部膠質(zhì)體的膠凝過程，這樣使大體積混凝土產(chǎn)生硬化收縮。當(dāng)收縮應(yīng)力大于當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫，這種裂縫有時(shí)會(huì)成為貫穿全斷面的結(jié)構(gòu)性裂縫，給結(jié)構(gòu)帶來質(zhì)量隱患。

1.2 如何采取嚴(yán)密措施，避免有害裂縫的出現(xiàn)

1.2.1 混凝土澆筑前的準(zhǔn)備

①砂、石子要用篷布遮蓋，避免日光曝曬，并用冷卻水?dāng)嚢杌炷?，以降低混凝土的入模溫度?/p>

②嚴(yán)格控制砂石料的含泥量，將碎石含泥量控制在1%以內(nèi)，中砂含泥量控制在2%以內(nèi)，可減小因含泥量過大對混凝土抗裂的不利影響。

③采用水化熱低的水泥；并在混凝土中加緩凝型減水劑來延遲水泥水化反應(yīng)，降低水化熱。

④改善骨料級配，選用大粒徑且級配好的粗骨料，降低水灰比，摻加高效減水劑減少水泥用量，使混凝土最大水泥用量不超過350kg/m3；以達(dá)到減少水泥用量、降低水化熱的目的。

⑤在結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管（硬質(zhì)塑料管），U形布置，塑料管距混凝土底面0.5米時(shí)，開始在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)盤管，每層高度不得大于1米，冷卻水管道距結(jié)構(gòu)尺寸外邊不得小于0.5米。管端頭接上水泵，放入蓄水池，通過冷卻水的循環(huán)流動(dòng)，強(qiáng)制降低混凝土水化熱溫度，減少內(nèi)外溫差從而減少溫度應(yīng)力對大體積混凝土裂紋。“預(yù)埋冷卻水管”原理是通過高壓水泵將溫度較低的水注入預(yù)埋在混凝土中的循環(huán)水管中。

1.2.2 混凝土澆筑施工中的要點(diǎn)

①在澆筑過程中嚴(yán)格控制混凝土的塌落度，將混凝土的平均塌落度始終控制在140mm，我們派駐實(shí)驗(yàn)人員在現(xiàn)場做塌落度實(shí)驗(yàn)，對于不合格的混凝土嚴(yán)禁使用。

②混凝土的澆筑時(shí)間選在一天中氣溫較低時(shí)進(jìn)行，并對混凝土輸送泵的管線噴水降溫；以降低混凝土的入模溫度。

③混凝土采用連續(xù)斜面薄層推移式澆筑方法，每層混凝土澆筑厚度不超過300mm，澆筑速度不宜太快，以加快混凝土散熱速度；

④使用插入式振動(dòng)器搗固密實(shí)，對每一振搗部位，必須振動(dòng)到該部位混凝土密實(shí)為止。密實(shí)的標(biāo)志是混凝土停止下沉，不再冒氣泡，表面呈現(xiàn)平坦、泛漿。

⑤采取二次振搗以加快混凝土熱量散發(fā)，使溫度分布均勻。

1.2.3 混凝土澆筑后的措施

①混凝土澆筑完畢后用抹刀將混凝土面收平，在混凝土凝固前二次收漿，人工壓抹1～2遍，以清除混凝土收縮沉降引起的沿水平鋼筋走向的表面干縮裂紋；

②因?yàn)樗嘣谒^程中1-3天釋放出的熱量是總熱量的一半，所以在澆注完成12小時(shí)后即應(yīng)開泵循環(huán)水冷卻，并及時(shí)測定水溫，混凝土也按要求2小時(shí)測溫一次。以觀察所達(dá)到的效果。測量點(diǎn)的設(shè)置沿澆注的高度布置在底部、中部和表面。若發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部溫度過高，內(nèi)外溫差超過25度，應(yīng)及時(shí)采取措施。如循環(huán)水內(nèi)拌和冰水（以降低混凝土入模溫度）、混凝土表面加強(qiáng)覆蓋等，以盡快降低內(nèi)外溫差?，F(xiàn)場必須有專業(yè)人員負(fù)責(zé)對混凝土溫度的監(jiān)測，并列表做好記錄，內(nèi)容包括澆注部位、時(shí)間、大氣溫度、混凝土表面溫度、混凝土內(nèi)部溫度、最大溫差、入水溫度、出水溫度、負(fù)責(zé)人、測溫人、時(shí)間；

③養(yǎng)護(hù)方法：包裹一層塑料薄膜和一層3cm厚的防水巖棉被。塑料薄膜很有效地保證了混凝土表面的潮濕，既保證了表層混凝土的強(qiáng)度增長，又使前3周的降溫階段不致出現(xiàn)干燥收縮，還保證了微膨脹劑充分發(fā)揮補(bǔ)償收縮的作用。巖棉被的效果保溫，防止內(nèi)外溫差過大。當(dāng)混凝土表面溫度過高，不利于降溫時(shí)，局部揭開巖棉被加快降溫。如巖棉被被雨水浸透，導(dǎo)熱系數(shù)增大，使混凝土澆筑后3周的降溫速度均勻；

④養(yǎng)護(hù)時(shí)間：三周；

⑤當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100％時(shí)方可拆模，拆模時(shí)要保證混凝土表面與外界環(huán)境的溫差不大于15℃。

2 結(jié)論

在東北東部鐵路新建通化至灌水段工程中，我們的技術(shù)人員和施工人員在“提高大體積混凝土觀感質(zhì)量QC小組”的活動(dòng)中，通過對大體積混凝土的施工技術(shù)控制，從施工準(zhǔn)備、到混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)各個(gè)階段均嚴(yán)格采取措施，從而保障了該工程大體積混凝土的觀感質(zhì)量合格。混凝土表面沒有出現(xiàn)過顏色不均勻、表面不平整、蜂窩麻面、孔洞、露筋、表面破損、表觀微裂紋等現(xiàn)象。

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