談大體積混凝土裂縫原因與施工措施

耿繼友

(遼寧市政建設(shè)工程有限公司 110021)

施工大體積混凝土工程施工過程中,經(jīng)常經(jīng)常出現(xiàn)裂縫,影響結(jié)構(gòu)的安全,如何最大限度的消除裂縫,保證工程結(jié)構(gòu)安全,是工程管理人員急需掌握的,本文就從大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因和施工進(jìn)行探討。

1.大體積混凝土的裂縫

大體積混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫按深度的不同,分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。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;而深層裂縫部分地切斷了結(jié)構(gòu)斷面,也有一定危害性;表面裂縫一般危害性較小。

但出現(xiàn)裂縫并不是絕對(duì)地影響結(jié)構(gòu)安全,它都有一個(gè)最大允許值。處于室內(nèi)正常環(huán)境的一般構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.3mm;處于露天或室內(nèi)高濕度環(huán)境的構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.2mm。對(duì)于地下或半地下結(jié)構(gòu),混凝土的裂縫主要影響其防水性能。

大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫,一方面是混凝土內(nèi)部因素:由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的;另一方面是混凝土的外部因素:結(jié)構(gòu)的外部約束和混凝土各質(zhì)點(diǎn)間的約束,阻止混凝土收縮變形,混凝土抗壓強(qiáng)度較大,但抗拉能力卻很小,所以溫度應(yīng)力一旦超過混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度時(shí),即會(huì)出現(xiàn)裂縫。

產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾方面:

1.1 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(duì)較小,所以水泥發(fā)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(shí)散發(fā)出去,以至于越積越高,使內(nèi)外溫差增大。單位時(shí)間混凝土釋放的水泥水化熱,與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān),并隨混凝土的齡期而增長。由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱,實(shí)際上內(nèi)部的最高溫度,多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3～5天。

1.2 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(huì)大大增加內(nèi)外層混凝土溫差,這對(duì)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造成的,溫差愈大,溫度應(yīng)力也愈大。同時(shí),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(shí)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。

1.3 混凝土的收縮。

混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必須的,而約80%的水分要蒸發(fā)。多余水分的蒸發(fā)會(huì)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(huì)引起混凝土體積的交替變化,這對(duì)混凝土是很不利的。

影響混凝土收縮,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。

2.大體積混凝土的配制

大體積混凝土所選用的原材料應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)粗骨料宜采用連續(xù)級(jí)配,細(xì)骨料宜采用中砂;

(2)外加劑宜采用緩凝劑、減水劑;摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等;

(3)大體積混凝土在保證混凝土強(qiáng)度及坍落度要求的前提下,應(yīng)提高摻合料及骨料的含量,以降低單方混凝土的水泥用量;

(4)降低原材料的溫度;

(5)水泥應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時(shí)間長的水泥,優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。但是,水化熱低的礦渣水泥的析水性比其它水泥大,在澆筑層表面有大量水析出。這種泌水現(xiàn)象,不僅影響施工速度,同時(shí)影響施工質(zhì)量。因析出的水聚集在上下兩澆筑層表面間,使混凝土水灰比改變,而在掏水時(shí)又帶走了一些砂漿,這樣便形成了一層含水量多的夾層,破壞了混凝土的粘結(jié)力和整體性。

3.大體積混凝土的澆筑與振搗

澆筑方案,除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實(shí)完畢外,還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響,常采用的方法有以下幾種:

3.1 全面分層。

即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后,再回頭澆筑第二層,此時(shí)應(yīng)使第一層混凝土還未初凝,如此逐層連續(xù)澆筑,直至完工為止。采用這種方案,適用于結(jié)構(gòu)的平面尺寸不宜太大,施工時(shí)從短邊開始,沿長邊推進(jìn)比較合適。必要時(shí)可分成兩段,從中間向兩端或從兩端向中間同時(shí)進(jìn)行澆筑。

3.2 分段分層。

混凝土澆筑時(shí),先從底層開始,澆筑至一定距離后澆筑第二層,如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多,所以澆筑到頂后,第一層末端的混凝土還未初凝,又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時(shí)間內(nèi)要求供應(yīng)的混凝土較少,結(jié)構(gòu)物厚度不太大而面積或長度較大的工程。

3.3 斜面分層。

要求斜面的坡度不大于1/3,適用于結(jié)構(gòu)的長度大大超過厚度3倍的情況?；炷翉臐仓酉露碎_始,逐漸上移?；炷恋恼駬v也要適應(yīng)斜面分層澆筑工藝,一般在每個(gè)斜面層的上、下各布置一道振動(dòng)器。上面的一道布置在混凝土卸料處,保證上部混凝土的搗實(shí)。下面一道振動(dòng)器布置在近坡腳處,確保下部混凝土密實(shí)。隨著混凝土澆筑的向前推進(jìn),震動(dòng)器也相應(yīng)跟上。

4.大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度控制

養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工中一項(xiàng)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(shí)間,拆模后應(yīng)立即回土或在覆蓋保護(hù),同時(shí)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。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)通過人工的溫度控制,防止因溫度變形引起混凝土的開裂。

溫度控制就是對(duì)混凝土的澆筑溫度和混凝土內(nèi)部的最高溫度進(jìn)行人為的控制。

在混凝土養(yǎng)護(hù)階段的溫度控制應(yīng)遵循以下幾點(diǎn):

(1)混凝土的中心溫度與表面溫度之間、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(shí),不大于25℃～30℃。

(2)混凝土拆模時(shí),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之間的溫差。

(3)采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)部降溫法是在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管,通入冷卻水,降低混凝土內(nèi)部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時(shí)就開始進(jìn)行,還有常見的投毛石法,均可以有效地控制因混凝土內(nèi)外溫差而引起的混凝土開裂。

(4)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℃。

(5)混凝土表層布設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)片,防止混凝土收縮時(shí)產(chǎn)生干裂。

5.結(jié)論

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)與措施直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能,若不能很好的了解大體積混凝土結(jié)構(gòu)開裂的原因以及掌握應(yīng)對(duì)此類問題所采取的相應(yīng)施工措施,那么實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中就很難保證施工質(zhì)量。

[1]葉琳昌,沈義.大體積混凝土施工. 中國建筑出版社,1987

[2]遲陪云.大體積混凝土開裂的起因及防裂措施.混凝土,2001

[3]段崢.現(xiàn)澆大體積混凝土裂縫的成因與防治.混凝土,2003