浅析大体积混凝土裂缝产生原因及控制措施

2022-09-11

正文:

引言

近年来随着社会经济的快速发展, 国家对基础建设投资规模的不断加大, 土木工程用量最大的混凝土获得飞速发展。混凝土是目前支持现代人的生活、生产不可缺少的物质基础。混凝土的质量将直接影响土木建筑工程的质量, 随着大型桥梁、地铁、高层建筑的日益增多, 大体积混凝土的基础浇筑也成为建筑施工中一个非常重要的工序环节, 对大体积混凝土的商品化、高性能要求, 成为当今混凝土发展的重要方向, 要想保证工程成品质量, 必须基础稳定, 结构牢固。在大体积混凝土浇筑中, 裂缝问题一直困扰着人们, 裂缝将导致混凝土物理力学性能的降低, 侵蚀介质 (诸如空气、酸雨等) 易通过裂缝渗透到混凝土结构内部, 通过腐蚀钢筋及混凝土从而降低混凝土的强度及使用寿命。给整个工程质量带来安全隐患, 给人民、国家带来巨大的经济损失。

大体积混凝土一般是指混凝土结构物实体的最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土, 或预计会因混凝土中水泥水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土 (见《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009) 。

一、裂缝的原因分析

1、水泥水化热引起的温度变形

在大体积混凝土施工中, 混凝土浇筑后, 水泥在水化凝结时要散发大量的热, 内部温度不断上升, 而混凝土的导热性很差, 于是在混凝土内部聚集大批热量而不能立即散发, 出现的情形是混凝土内外温差较大, 就会产生温度应力。差值越大, 温度应力就越大, 当温度应力超过混凝土内外约束力时 (即当温度应力超出混凝土抗拉强度时) , 混凝土表面就会产生裂缝。混凝土的内部温度和水泥用量、水泥水化热、混凝土厚度有关, 水泥用量、水泥水化热越大, 混凝土越厚, 内部温度就会越高, 所以防止裂缝的关键是控制混凝土的内外温差。

2、外部温度变化影响

混凝土内部温度由水泥水化热量等组合而成。外部温度变化将产生很大影响, 外部温度越高, 混凝土浇筑温度就会越高, 外界温度下降越快, 且幅度不均匀将导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩, 混凝土收缩将产生很大的拉应力, 极易造成混凝土开裂。

3、混凝土收缩变形影响

混凝土还不具备足够的强度时, 混凝土中的水分有20%的水供应水泥进行水化凝结并形成强度, 80%的水则被升高的温度蒸发, 当水分不断蒸发逸出且得不到补充时, 干燥收缩现象将不可避免的出现, 混凝土在不受外力的情况下, 这种自发变形受到外部约束 (支承条件) 时, 就会在混凝土中产生拉应力, 导致混凝土开裂。初始时水泥硬化产生体积变化, 后来混凝土内部的自由水分不断蒸发得不到补充, 反复之后产生干缩变形。长期就会出现干缩裂缝, 构件越大, 变形的累积越多, 裂缝就会应运而生。

4、内外约束条件的影响

在混凝土刚产生水化热时, 温度升高, 混凝土产生膨胀, 表层混凝土受到约束形成压应力, 当水化完成、温度下降时, 混凝土又产生收缩, 表层混凝土受到约束形成拉应力, 由于混凝土脆性大, 压应力、拉应力超过混凝土的抗拉强度时, 就会产生裂缝。

5、由于施工工艺质量引起的裂缝

(1) 混凝土水灰比过大或水泥用量增多, 容易导致混凝土凝固时收缩变形产生裂缝。

(2) 、混凝土养护不及时, 或没有覆盖, 导致失水较快而没有补充, 将会产生收缩裂缝。

(3) 、钢筋保护层较厚, 构件的有效高度减少, 底层受力钢筋受拉, 就会产生与受力钢筋垂直的裂缝。钢筋保护层较薄, 导致钢筋锈蚀也会引起混凝土产生裂缝。

(4) 、拆模过早时, 混凝土尚有塑性, 这时构件在自重或荷载作用下也会产生裂缝。

(5) 、由于混凝土振捣不密实、不均匀、出现蜂窝、麻面而引起裂缝。

(6) 、由于地基沉陷不均导致混凝土连带产生裂缝。

二、裂缝质量控制措施

1、优化混凝土配合比设计, 对原材料质量加强控制

各类工程原材料的质量是工程质量的基础, 原材料质量的好坏将直接影响建筑工程的结构、观感、使用功能和寿命。

(1) 粗骨料碎石:对碎石要求呈正方形饱满状的, 使用质量符合下列要求的碎石, 粒形好的, 公称粒径为5mm-31.5mm碎卵石, 含泥量不应大于1%, 针片状含量小于8.9%, 压碎指标值不大于30%, 碎石颗粒级配要求良好并有足够的强度。采用热膨胀系数较低而强度较高未风化的石灰岩、花岗岩碎石。

(2) 细骨料砂:对砂的要求使用质量好, 符合标准的级配良好的中粗砂, 细度模数2.6-2.8, 并严格控制其含泥量, 砂中有害物质云母含量不应大于1%。

(3) 水泥:水泥的几项指标 (抗压强度、抗折强度、安定性等) 必须检验合格后才能使用, 尽可能选用低热或中热水泥 (如含矿渣的水泥、含粉煤灰的水泥) 配制混凝土。水泥出厂时温度达800C应保存在仓库里, 出厂水泥不能马上就用, 否则热量更大。

(4) 水:凡适用于饮用的水都可以拌制和养护混凝土, 要对水源检测, 水中如果含有影响水泥凝结和硬化的有害物质 (如含油脂糖类, 污水PH值小于4的酸性水和硫酸盐含量按硫酸根离子 (SO42-) 计超过水重1%的水, 均不得使用, 更禁止用海水拌制。

(5) 高效缓凝减水剂:由于混凝土浇筑量大、时间长, 必须在混凝土中加入缓凝型高效减水剂, 高效减水剂除高效减水外, 更重要的性能是与水泥之间的适用性, 还可以延缓混凝土凝结时间对于混凝土的收缩起到一定的延缓作用。

(6) 膨胀剂:在减少混凝土温差的前提下加适量膨胀剂, 产生足够的限制膨胀率, 使之满足下式要求, 保证混凝土不开裂。

式中Sd—干缩率St—冷缩率

Cr—受拉徐变Sk—极限延伸率

(7) 优化混凝土配合比降低混凝土水化热温度。可以掺入大量粉煤灰, 充分利用混凝土的后期强度, 有效降低水泥用量, 自然而然就会起到降低水化热和混凝土的绝热升温的效果, 这对减少甚至避免裂缝非常有好处, 原理是粉煤灰具有火山灰活性, 它能与水泥水化时析出的Ca (OH) 2缓慢的进行反应, 生成火山灰质生成物并与水泥浆硬化晶体结合起来。再者由于水泥熟料的减少, 使发热量高的C3S和C3A含量的减少, 故其水化热降低。

在设计允许情况下, 在素混凝土中可掺入少于混凝土体积25%的毛石, 以吸收热量, 并可节省混凝土。

2、施工现场综合控制

(1) 编制好混凝土浇筑方案, 根据实际情况采用分层浇筑混凝土, 利用浇筑面散热, 在浇筑前进行详细计算安排分块、分层浇筑, 控制混凝土入模温度并加强振捣, 严格控制振捣时间, 移动距离, 保证振捣密实。混凝土必须按操作规范分层均匀, 振捣密实, 严防漏振, 每点振捣时间约为15-25秒, 振捣过短则不能使混凝土捣实, 过长可能使混凝土产生离析, 石子下沉, 水泥浆上浮。每层混凝土均应振捣至气泡排出为止, 且表面出浆呈水平状态, 为保证上下层结合良好, 振捣器应插入下层混凝土5cm。

(2) 温度应力检测, 为反映温控效果, 可通过在混凝土中埋设应变计进行温度应力检测, 放置时应变计沿水平方向布置, 检测水平方向应力分量, 根据应变数据及时进行调控温度。

(3) 浇筑混凝土时布置冷却水管, 浇筑混凝土之前, 在钢筋骨架中布置钢管冷却水管, 经过试用, 保证不漏水、不阻塞, 对混凝土内部温度进行监控, 控制冷却水管进水流量控制水温, 进而控制混凝土温度。在热天浇筑混凝土时采用冰水或深井凉水拌制混凝土, 以降低混凝土内部温度。

(4) 如果是炎热的夏季, 在运输过程中采取防晒降温措施, 降低混凝土入模温度使混凝土入模温度不超过30℃。混凝土浇筑体最大温升值不宜大于50℃。

(5) 二次振捣, 反复抹平, 防止混凝土塑性变形, 混凝土在浇筑完成后, 在混凝土初凝前进行二次振捣, 混凝土终凝前用木抹子反复抹压二遍, 在实际操作中管理人员一定要求工人严格按施工要求进行操作。

(6) 后浇带的浇筑方法为先凿毛清理底部和侧面, 将预留钢筋除锈, 浇筑前用1:2水泥沙浆泼浆, 浇筑的混凝土配合比提高一个等级, 并掺膨胀剂, 分层浇筑并间隔一定的时间, 同时加强养护工作。

3、混凝土养护措施

混凝土养护是非常关键及重要的工作, 养护主要是保证适宜的温度和湿度, 及时补充水分, 以便控制混凝土内外温差, 促进混凝土强度正常增长, 减少混凝土过分收缩及膨胀从而防止裂缝的产生和发展, 一般养护期不得少于14天, 覆盖土工布或麻袋能起到很好的保湿、降温效果。夏季多洒水、延长养护时间, 充分发挥混凝土的“应力松弛效应”, 冬季混凝土采取保温措施;防止温差过大。在混凝土强度达到1.2N/mm2前不得在其上行走或安装模板支架。

4、非结构性裂缝防治措施

在混凝土浇注之前, 要保证地基稳定、密实。防止因不均匀沉降而将裂缝反射到大体积中来, 形成裂缝。大体积混凝土的模板在拆除时, 要等混凝土有足够的强度才能拆模, 避免因混凝土强度不足, 过早拆模导致边缘混凝土没有充分凝结, 产生侧应力, 产生裂缝。

三、结束语

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象, 在大体积混凝土中更加明显, 要想避免混凝土产生裂缝, 需从各个方面通力协作, 共同协调配合方可奏效。做好事前、事中、事后控制。施工结束后, 一旦出现裂缝问题, 要及时分析找出裂缝原因, 并制定合理整改措施方案, 严格按照方案要求进行整改, 只有这样才能建造出优质的工程结构。

摘要：文章分析了大体积混凝土裂缝的产生原因, 裂缝的控制措施。

关键词：大体积混凝土,裂缝,温度,质量,控制,措施