大体积混凝土干缩裂缝控制措施

2023-02-17

1 干燥收缩裂缝的产生机理

干燥收缩 (失水收缩) 是由于存在于水泥凝胶中的水分发生的毛细管张力造成混凝土的收缩, 即混凝土中存在极细的孔隙 (毛细管) , 水从中逸出, 在这些毛细孔中产生毛细管张力使混凝土产生变形, 造成干燥收缩, 其收缩和膨胀变形是部分可逆的是非常复杂的变形过程。混凝土在塑性流动终止并进入硬化阶段, 干燥收缩一直进行, 即使达到28天龄期也不能说己经终止, 有的工程可以持续若干年甚至几十年。混凝土内的固体水泥浆体体积会随含水量而改变。而骨料对水泥浆体体积的变化则起很大的约束作用, 使混凝土的体积变化远低于水泥浆体的体积变化。硬化水泥浆体内富含孔隙, 理论上水灰比小于0.4并有理想的养护条件, 可使孔隙率减至28%的最低值。混凝土实际采用的水灰比都较大, 而且不可能完全水化, 所以一般混凝土的浆体孔隙率约有50%左右或更大。收缩裂缝的形成, 必须同时存在两个条件:收缩变形和约束。最常见的是施工中养护不当引起的, 如受到风吹日晒, 表面水分散失过快, 体积收缩大, 而内部湿度变化很小, 收缩也小, 表面收缩变形受到内部混凝土的约束, 因此在构件表面产生较大的拉应力, 当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时, 即产生干缩裂缝。收缩裂缝除与养护有关外, 还与振捣、混凝土原材料收缩量等有关。混凝土振捣过度, 表面形成水泥含量较多的砂浆层则收缩量过大, 容易出现裂缝。采用含泥量较大的粉砂配制的混凝土, 也会加大收缩从而容易产生收缩裂缝。干燥收缩裂缝为表面性裂缝, 其宽度较小, 大多数为0.05mm～0.2mm之间, 其走向纵横交错, 没有规律性。在较薄的梁、板类构件中, 这种裂缝多半沿短方向分布, 在整体结构中, 这种裂缝多半发生在结构变截面处, 平面裂缝多半延伸至变截面部位或块体边缘。

2 大体积混凝土干缩裂缝控制措施

2.1 大体积混凝土施工设计要求

工程师在设计时, 可以适当增配构造钢筋, 以提高结构的抗裂性能。若能沿混凝土表面设置细密的温度收缩钢筋, 则可以提高混凝土表面的极限拉伸强度, 使混凝土表面由温差、收缩引起的应变均匀分布, 当配筋率为l%～2%时, 收缩可减少30%～50%。同时, 在混凝土配合比设计上要尽量减少水泥用量, 优先选用低、中热水泥, 尽可能在满足施工工艺的要求下降低水灰比、坍落度和砂率。

2.2 大体积混凝土用料要求

(1) 水泥品种:一般来说, 水泥的需水量越大, 混凝土的干燥收缩越大, 不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为:矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。 (2) 水泥用量:混凝土干燥收缩随着水泥用量的增加而增大, 在保证混凝土强度等级的情况下, 尽可能降低水泥用量, 防止混凝土干燥收缩裂缝。 (3) 用水量:混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大, 在同一水泥用量条件下, 混凝土的干燥收缩和用水量成正比;当水泥用量较高的条件下, 混凝土的干燥收缩随着用水量的增加而急剧增大。综合水泥用量和用水量来说, 水灰比越大, 干燥收缩越大。 (4) 砂率:混凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大, 但增加的数值不大。泵送混凝土宜加大砂率, 但不是笼统的和无限的。可以通过理论计算和工程实践确定, 将其控制在最佳砂率范围内。 (5) 掺合料:可掺加适量质量良好、含有大量球形颗粒状的一级粉煤灰, 由于内比表面积小、需水量少, 能降低混凝土干燥收缩值。 (6) 化学外加剂:为了降低用水量, 掺加适当数量减水率高、分散性能好的外加剂是非常必要的。 (7) 养护时间和方法:混凝土浇筑表面干燥过快, 亦可产生较大的收缩, 受到内部混凝土的约束, 在表面产生拉应力而开裂。

2.3 大体积混凝土施工要求

大体积混凝土施工前的准备工作, 除按一般混凝土施工前必须进行的物质准备、机具准备、技术准备和现场准备外, 应根据其施工的特殊性, 做好附属材料和辅助设备的准备工作, 如冰、冰水箱 (池) 、真空吸水设备、水泵、测温设备等。施工要点: (1) 大体积混凝土的施工, 一般宜在低温条件下进行, 应采取相应的降低温差的减少温度应力的措施。 (2) 混凝土的配制, 应严格掌握各种原材料的配合比。混凝土的搅拌时间, 自全部拌合料装入搅拌筒内起到卸料止, 一般应不少于1.5mins～2min。 (3) 搅拌后的混凝土, 应及时运至浇筑地点入模浇筑。在运送过程中, 要防止混凝土离析、灰浆流失、坍落度变化等现象。如发生离析现象, 必须进行人工二次拌合后方可入模。 (4) 大体积混凝土浇筑要求。大体积混凝土的浇筑, 应根据整体连续浇筑的要求, 结合结构尺寸的大小、钢筋疏密、混凝土供应条件等具体情况, 选用以下三种方法:全面分层。即将整个结构浇筑层分为数层浇筑, 当已浇筑的下层混凝土尚未初凝时, 即开始浇筑第二层, 如此逐层进行, 直至浇筑完成。这种方案适用于结构物的平面尺寸不太大的工程, 施工时宜从短边开始, 沿长边推进;也可分为两段, 从中间向两端, 从两端向中间同时进行;分段 (块) 分层。层一端开始浇筑混凝土, 适用于厚度较薄而面积或长度较大的工程。施工时从底进行到一定距离后浇筑第二层, 如此依次向前浇筑其他各层;斜面分层。适用于结构的长度超过厚度三倍的工程, 振捣工作应从浇筑层底层开始, 逐渐上移, 此时浇筑混凝土摊铺坡度应小于1∶3, 以保证分层混凝土之间的施工质量。

3 结语

大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂, 它涉及到和工程结构相关的方方面面。对大体积混凝土基础的温度裂缝控制更是涉及到岩土、结构、建筑材料、施工、环境等多专业、多学科。并且随着各种新材料的不断涌现, 各种检测手段的不断发展, 对大体积混凝土温度裂缝问题的研究也在不断更新变化。

摘要：在桥梁、地铁等项目施工过程中, 一般现浇的大型墩台、连续墙式结构、地下基础等是容易由温度收缩应力引起裂缝的结构, 通称为大体积混凝土结构。由于碳化和钢筋锈蚀的作用, 干缩裂缝也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成为更加严重的裂缝, 影响结构的耐久性和承载能力。本文对大体积混凝土干缩裂缝控制措施进行探讨。

关键词：大体积混凝土,干缩,措施