許偉碩
摘要:混凝土內(nèi)部溫度取決于混凝土本身所貯備的熱能。在絕熱條件下,混凝土內(nèi)部最高溫度為澆筑溫度與水泥水化熱溫度總和。實際施工過程中,由于混凝土內(nèi)部溫度與外界環(huán)境溫度之間存在溫差,并且混凝土四周并不能充分散熱,所以新澆筑的混凝土與周圍環(huán)境之間便會發(fā)生熱能交換。本文從混凝土內(nèi)部溫度分布情況及其變化規(guī)律著手,分析了大體積混凝土施工過程中裂縫產(chǎn)生的原因,并提出相應(yīng)的防控措施。
關(guān)鍵詞:大體積混凝土;裂縫;原因;防控措施
前 ?言
大體積混凝土結(jié)構(gòu)物施工技術(shù)難度大,容易引發(fā)許多影響使用安全的質(zhì)量隱患。混凝土模板、外界環(huán)境和養(yǎng)護條件等因素都會不斷改變混凝土內(nèi)部所貯備的熱能,并促使混凝土內(nèi)部溫度逐漸發(fā)生變化,表現(xiàn)為“由低到高,再由高到低”的變化過程,混凝土內(nèi)部最高溫度實際上是入模澆筑溫度、水泥水化熱引起的絕熱升溫和混凝土澆筑后的散熱溫度三者的疊加。
一、大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因
混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因,主要是溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結(jié)構(gòu)不合理,原材料不合格(如堿骨料反應(yīng)),模板變形,基礎(chǔ)不均勻沉降等,存在的裂縫主要為以下幾種:
1.塑性裂縫
大多的混凝土澆注初期(一般在澆筑后4小時左右)當混凝土本身與外界氣溫相差懸殊,或本身溫度長時間過高(40℃以上),而氣候干燥的情況下出現(xiàn)。屬于干縮裂縫,很普遍?;炷翝仓螅砻鏇]有及時覆蓋,收風吹日曬,表面游離水分蒸發(fā)過快,產(chǎn)生集聚的體積收縮,而此時混凝土早期強度低,不能抵抗這種變形應(yīng)力而導致開裂。使用收縮率較大的水泥,水泥用量過多,或使用過量的粉砂。混凝土水灰比過大,模板過于干燥,也導致這類裂縫出現(xiàn)的因素。
2.干所裂縫
大體積混凝土在平面部位較為多見,但側(cè)面也常出現(xiàn),一般在混凝土露天養(yǎng)護完畢經(jīng)一段時間后,在表層或側(cè)面出現(xiàn),并隨溫度和濕度變化而逐漸發(fā)展?;炷脸尚秃?,養(yǎng)護不當,受到風吹日曬,表面水分散失快,體積收縮大,而內(nèi)部溫度變化很小,收縮也小,因而表面收縮變形受到的內(nèi)部混凝土的約束,出現(xiàn)拉應(yīng)力,引起混凝土表面開裂;或者構(gòu)件水分蒸發(fā),產(chǎn)生的體積收縮受到地基或墊層的約束,而出現(xiàn)干縮裂縫?;炷翗?gòu)件長期露天堆放,表面濕度經(jīng)常發(fā)生劇烈變化。采用含泥量大的粉砂配置混凝土?;炷两?jīng)過度振搗,表面形成水泥含量較多的砂漿層。
3.溫度裂縫
多發(fā)生在施工期間,縫寬受溫度變化影響較明顯,冬季較寬,夏季較細。表面溫度裂縫,多由于溫差較大引起的?;炷两Y(jié)構(gòu),特別是大體積混凝土基礎(chǔ)澆灌后,在硬化期間水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,使混凝土表面和內(nèi)部溫差很大。當溫度產(chǎn)生非均勻的降溫差時(如施工中注意不夠,過早拆觸模板;冬季施工,過早除掉保溫層,或受到寒潮襲擊),將導致混凝土表面急劇的溫度變化而產(chǎn)生較大的降溫收縮,此時表面受到內(nèi)部混凝土的約束,將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力(內(nèi)部降溫度,受自約束而產(chǎn)生壓應(yīng)力),而混凝土早期抗拉強度和彈性模量很低,因而出現(xiàn)裂縫(這種裂縫又稱為內(nèi)約束裂縫)。但這種溫度僅在表面出較大,離開表面就很快減弱,因此,裂縫只在接近表面較淺的范圍內(nèi)出現(xiàn),表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。
4.不均勻沉陷裂縫
較大的不均勻沉陷裂縫,往往上下或左右有一定的差距,裂縫寬度受溫度變化影響小,因荷載大小而異,且與不均勻沉降值成正比。結(jié)構(gòu)、構(gòu)建下面的地基未經(jīng)夯實和必要的加固處理,混凝土澆筑后,地基因浸水引起不均勻沉降。模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動,也常導致不均勻沉降裂縫出現(xiàn)。
5.其它施工裂縫
構(gòu)件制作、脫模(或滑膜)等過程中,因各種原因產(chǎn)生的各種裂縫。采用木模澆制的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件,澆注混凝土前模板未澆水濕透,模板與混凝土粘接。當模板大量吸水發(fā)生膨脹時,唱沿通長將柱、梁腳(有時在邊部)拉裂。脫模時,受振動過大,使混凝土開裂;成型過程或拆模時受到劇烈震動,也會引起沿鋼筋的總想或橫向裂縫。
二、大體積混凝土裂縫的防控措施
1.科學用料、合理調(diào)配
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,采用細度模數(shù)2.8的中砂比采用細度模數(shù)2.3的中砂,可減少用水量20kg/m3-25kg/m3,可降低水泥用量28kg/m3-35kg/m3。因而降低了水泥水化熱,混凝土溫度升高和收縮,選用合理砂率對混凝土的可泵性是有所提高的。
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,并且能夠補充泵送混凝土中粒徑在0.315 mm以下的細集料達到占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度高,在一定范圍內(nèi)60天比28天強度均可增長20%左右。
減少水泥用量。選用水化熱較低的32.5號礦渣硅酸鹽水泥。其早期的水化與同齡期的普通硅酸鹽水泥相比,3天的水化熱約低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.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行劃分?;炷量刹捎没炷吝\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(車)直接布料或搭設(shè)腳手架采用機動車布料。大體積混凝土必須根據(jù)當?shù)刂虚L期天氣預(yù)報,選擇最佳天氣條件進行澆筑,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,一次到頂, 循序漸進”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。
3.加強后期養(yǎng)護
養(yǎng)護是一項十分關(guān)鍵的工作,養(yǎng)護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,促進混凝土強度的正常發(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)護一段時間,拆模后立即回土或覆蓋保護,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,進而出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土的養(yǎng)護,不僅要滿足強度增長的需要,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)部的最高溫度進行控制。
三、結(jié)束語
雖然學術(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)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一,同時在實踐中的應(yīng)用效果也是比較好的,具體施工中要靠我們多觀察、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,同時應(yīng)做好充分的施工準備、加強現(xiàn)場協(xié)調(diào)與組織管理,混凝土的裂縫是完全可以避免的。
參考文獻 :
[1]葉琳昌,沈義.大體積混凝土施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1987.
[2]段崢.現(xiàn)澆大體積混凝土裂縫的成因與防治[J].混凝土,2003(8).
[3]彭圣浩.建筑工程質(zhì)量通病防治手冊.1987.