分析大体积混凝土裂缝原因及温控措施

摘要: 对大体积混凝土温度裂缝产生的原因和温度的控制等进行阐述。

关键词: 大体积混凝土; 裂缝; 温控措施;混凝土施工;大体积混凝土裂缝一直是工程界所密切关注的课题, 基础设施建设中大体积混凝土施工难度较大, 而它产生裂缝的机率也较多, 从多方面综合考虑, 降低拉应力是控制混凝土裂缝的有效途径, 而降低拉应力主要通过减少温度应力和沉缩应力来控制温度裂缝和沉缩裂缝。

1 沉缩裂缝

　　混凝土沉缩裂缝在大体积混凝土施工中也是非常多的。主要原因是振捣不密实, 沉实不足, 或者骨料下沉, 表层浮浆过多, 且表面覆盖不及时, 受风吹日晒, 表面水份散失快, 产生干

　　缩, 混凝土早期强度又低, 不能抵抗这种变形而导致开裂。在施工中采用缓凝型泵送剂, 延缓混凝土的凝结硬化速度, 充分利用外加剂( 特别是缓凝剂) 的特性, 适时增加抹加次数, 消除表面裂缝( 特别是沉缩裂缝和初期温度裂缝) , 特别是初凝前的抹压。

2 温度裂缝

　　(1) 原因: 一是由于温差较大引起的, 混凝土结构在硬化期间水泥放出大量水化热, 内部温度不断上升, 使混凝土表面和内部温差较大, 混凝土内部膨胀高于外部, 此时混凝土表面将受到很大的拉应力, 而混凝土的早期抗拉强度很低, 因而出现裂缝。这种温差一般仅在表面处较大, 离开表面就很快减弱, 因此裂缝只在接近表面的范围内发生, 表面层以下结构仍保持完整。二是由结构温差较大, 受到外界的约束引起的, 当大体积混凝土浇筑在约束地基上时, 又没有采取特殊措施降低, 放松或取消约束, 或根本无法消除约束, 易发生深进, 直至贯穿的温度裂缝。

　　(2) 过程: 一般( 人为) 分为三个时期: 一是初期裂缝———就是在混凝土浇筑的升温期, 由于水化热使混凝土浇筑后2- 3 天温度急剧上升, 内热外冷引起“ 约束力”, 超过混凝土抗拉强度引起裂缝。二是中期裂缝———就是水化热降温期, 当水化热温升到达峰值后逐渐下降, 水化热散尽时结构物的温度接近环境温度, 此间结构物温度引起“ 外约束力”, 超过混凝土抗拉强度引起裂缝。三是后期裂缝, 当混凝土接近周围环境条件之后保持相对稳定, 而当环境条件下剧变时, 由于混凝土为不良导体,形成温度梯度, 当温度梯度较大时, 混凝土产生裂缝。

3 控温措施和改善约束

3.1 温控措施

　　(1) 降低混凝土内部的水化热, 采用中低热的矿渣水泥, 控制水泥的使用温度, 添加一定量的优质粉煤灰, 以降低混凝土的水化热, 同时选用高效外加剂。

　　(2) 优化配合比, 降低水化热。进行配合比试验时, 尽量降低水泥用量, 选择性能优良的外加剂, 在确保混凝土质量的前提下, 初始混凝土坍落度控制在16～18cm。

　　(3) 减少地基约束力。岩石基础与新浇混凝土之间, 存在着弹性模量、温度的差别, 新浇筑混凝土随着强度逐渐上升, 其温度也发生变化, 必有一个徐变过程, 而原岩石地基对其便产生一个约束力, 当达到一定程度, 便会导致裂缝产生。

　　(4) 控制混凝土的浇筑间歇期和分层厚度。

　　(5) 控制混凝土浇筑人仓温度。

3.2 改善约束条件的措施是

　　(1) 合理地分缝分块;

　　(2) 避免基础过大起伏;

　　(3) 合理的安排施工工序, 避免过大的高差和侧面长期暴露。

　　此外, 改善混凝土的性能, 提高抗裂能力, 加强养护, 防止表面干缩, 特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别注意避免产生贯穿裂缝, 出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的, 因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。在混凝土的施工中, 为了提高模板的周转率, 往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间, 以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模,在表面引起很大的拉应力, 出现“ 温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期, 由于水化热的散发, 表面引起相当大的拉应力, 此时表面温度亦较气温为高, 此时拆除模板, 表面温度骤降, 必然引起温度梯度, 从而在表面附加一拉应力, 与水化热应力迭加, 再加上混凝土千缩, 表面的拉应力达到很大的数值, 就有导致裂缝的危险, 但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料, 如泡沫海棉等, 对于防止混凝土表面产生过大的拉应力, 具有显著的效果。加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小, 因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下, 钢的各项性能是稳定的, 而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小, 在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7～15 倍, 当混凝土应力达到抗拉强度而开裂时, 钢筋的应力将不超过100～200k2/cm2。因此, 在混凝上中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结沟内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而肋口果钢筋的直径细而间距密时, 对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝, 其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅, 但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。

4 保证大体积混凝土质量的措施

4.1 严格控制骨料级配和合泥量

　　选用10.40mm 连续级配碎石(其中10.30mm 级配含量65% 左右), 细度模数2.80- 3.00 的中砂(通过0.315n 凹筛孔的砂不少于15% , 砂率控制在40%- 45%)。砂、石含泥量控制在1%以内, 并不得混有有机质等杂物, 杜绝使用海砂。

4.2 选择适当外加剂

　　可根据设计要求, 混凝土中掺加一定用量外加剂, 如防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂等外加剂。外加剂中糖钙能提高混凝土的和易性, 使用水量减少20% 左右, 水灰比可控制在0.55以下, 初凝延长到5h 左右。

4.3 选择合适水泥和严格控制水泥用量

　　优先采用525R 普通水泥, 425R 普通水泥等高标号水泥,以减少水泥用量。选用低热水泥, 减少水化热, 降低混凝土的温升值。并尽量选用后期强度( 90 或120 天) , 降低水泥量, 并延缓峰值。在满足设计和混凝土可泵性的前提下, 将425R 水泥用量控制在450kg/m3, 525R 水泥用量控制在360kg/m3。以降低混凝土最高温升, 降低混凝土所受的拉应力。

4.4 采用切实可行的施工工艺

　　根据泵送大体积混凝土的特点, 采用“ 分段定点, 一个坡度, 薄层浇筑, 循序推进, 一次到顶”的方法。这种自然流淌形成斜坡混凝土的方法, 能较好地适应泵送工艺, 避免混凝土输送管道经常拆除、冲洗和接长, 从而提高泵送效率, 简化混凝土的泌水处理, 保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。根据混凝土泵送时自然形成一个坡度的实际情况, 在每个浇筑带的前后布置两道振动器, 第一道布置在混凝土出料口, 主要解决上部混凝土的振实; 由于底层钢筋间距较密, 第二道布置在混凝土坡脚处, 以确保下部混凝土密实。随着浇筑的推进, 振动器也相应跟上, 以确保整个高度上混凝土的质量。由于大体积泵送混凝土表面水泥浆较厚, 故浇筑结束后须在初凝前用铁滚筒碾压数遍, 打磨压实, 以闭合混凝土的收水裂缝。

4.5 改进施工技术

　　施工时加强插筋位置的振捣、抹压、养护。由于钢筋是热的良导体, 易产生大的温度梯度, 这是裂缝产生的一个主要环节。同时加强初凝前的抹压, 以消除初期裂缝, 并加强早期养护, 提高混凝土抗拉强度。

4.6 加强技术管理

　　加强原材料的检验、试验工作。施工中严格按照方案及交底的要求指导施工, 明确分工, 责任到人。加强计量监测工作,定时检查并做好详细记录, 认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝, 并采取措施加以杜绝。在变截面施工前, 一定要加强预测,并保证预测的科学性。同时在实施过程中, 要切实落实施工方案。

4.7 加适当预埋件

　　在混凝土易裂缝部位埋设应力应变传感片, 直接测试拉应力, 以便更直接控制混凝土( 调节保温保湿养护条件, 保证温度梯度) , 确保混凝土不裂缝。在基础面筋上加设铁丝网或小直径钢筋网, 以提高混凝土表面抗裂性( 中间温度筋可去掉) 。如3.00m 厚承台设计时, 在承台中间设置了垫20@2 肋水平抗缩钢筋网片。采用“ 水平分层间隙”施工方法, 分两层进行浇筑, 间隙时间7d 以上, 分层厚度各1.5m, 抗缩钢筋网设置在下层1.5m 的上表面。在工期允许的情况下, 这种施工方法可降低内部最高温升、减少人8 加强混凝土的测温工作力、材料及机械设备的投入。

　　为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值, 在承台内埋没若干个测温点, 采用L 形布置, 每个测温点埋设温管2根01 根管底埋置于承台混凝土的中心位置, 测量混凝土中心的最高温升, 另一根管底距承台上表面100mm, 测量混凝土的表面温度, 测温管均露出混凝土表面100mm。用100 的红色水银温度计测温, 以方便读数。第l———5d 每2h 测温1 次, 第6d后每4h 测温1 次, 测至温度稳定为止。从已有施工经验的测温情况看, 混凝土内部温升的高峰值一般在3.5d 内产生, 3d 内温度可上升到或接近最大温升, 内外温差值在20℃左右, 控制在规范规定范围内, 未发现异常现象。

5 结束语

　　大体积混凝土施工难度较大, 混凝土产生裂缝的机率较多, 稍有差错将会造成无法估量的损失。为了降低经济损失, 所以要减少和控制裂缝的出现, 文中就这些问题作了一个简单的综述仅供参考。