大体积混凝土的裂缝控制分析

2022-09-11

大体积混凝土施工阶段产生裂缝的原因是:混凝土内外温差产生应力和应变, 由于结构本身的约束阻止这种应变, 所以一旦混变应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度, 就会产生不同程度的裂缝。本文将进行分析。

1 大体积混凝土开裂的主要原因

1.1 塑性收缩裂缝

塑性收缩是混凝土在初凝前的塑性阶段失水形成的, 一种情况是混凝土浇注后表面泌水, 水分急剧蒸发失水;另一种情况是由于新拌混凝土颗粒之间的空隙充满了水, 浇注后混凝土表面受环境气候条件的影响, 表面水分不断蒸发, 内部水分逐渐向外迁移, 继续蒸发失水, 造成混凝土塑性阶段的体积收缩。塑性收缩量一般可达1%左右, 大流动性混凝土有时可达2%。因此, 水灰比过大, 外加剂保水性差, 骨料级配不好, 振捣不良, 养护不到位, 抹压不及时等都能导致混凝土的塑性收缩而发生混凝土表面开裂现象。

1.2 干燥收缩裂缝

混凝土在硬化后, 内部的游离水由表及里逐渐蒸发, 从而导致了混凝土由表及里逐渐产生干燥收缩。在约束条件下, 当混凝土的收缩应力大于当时混凝土的抗拉硬度时, 混凝土就会产生干缩裂缝。这种裂缝是由表及里逐渐扩展的。早期的干缩裂缝出现在混凝土的表面, 并且比较细微, 随着时间的推移, 混凝土的蒸发量和干缩量不断增大, 裂缝伸长加宽逐渐明显起来。混凝土干缩值的大小与混凝土的体积稳定性直接相关, 并受环境相对湿度的影响。在混凝土的成分中, 粗骨料体积稳定性最好, 砂次之, 混凝土的收缩变形主要发生在水泥及掺和料构成的浆体和砂浆上。因此, 在保证混凝土施工和易性的基础上, 应尽可能降低砂率, 降低用水量, 增强混凝土的体积稳定性, 减少混凝土的干缩值。

1.3 温差收缩裂缝

大体积混凝土由于尺寸大, 水泥水化产生的热量不易散发, 导致混凝土内部温度较高, 从而引起混凝土较大的体积变化。混凝土浇筑后, 水泥水化产生大量热量使混凝土内部温度升高。混凝土的线膨胀系数为10×10/℃, 即温度每升高或降低10℃, 混凝土会产生0.01%的线膨胀或收缩。随着混凝土水泥用量的提高, 其绝热温升可达50℃~80℃。当混凝土的冷缩值大于它的极限拉伸值时, 则引起结构开裂。

1.4 塑性沉降裂缝

在新拌混凝土中, 水泥浆体和骨料之间会产生不均匀沉降, 在混凝土上表面形成塑性沉降裂缝。混凝土的塌落度越大, 越易发生塑性沉降裂缝。

2 大体积混凝土原材料的选用

2.1 水泥

大体积混凝土原则上采用水化热低的水泥, 以避免早期温度应力导致的混凝土裂缝。水泥矿物组成中C含量要低, 水泥细度不宜太细。因为, C含量越高, 水化放热速率越快, 水泥越细, 收缩越大。

2.2 骨料

对骨料的含泥量要严格控制, 要求砂含泥量小于3%, 石子含泥量<1%。石子级配要良好, 在大体积混凝土中宜使用粗砂或中砂。

2.3 矿物掺和料

粉煤灰的水化热远小于水泥, 7天约为水泥的1/3, 28天约为水泥的1/2, 因此掺加粉煤灰减小水泥用量可有效降低水化热。掺加的粉煤灰要需水性小, 满足二级或二级以上的质量要求。

2.4 外加剂

大体积混凝土, 采用缓凝型减水剂, 主要目的在于延缓水泥水化放热速度, 推迟热峰出现的时问, 降低最高温峰值并减少总的发热量, 以减少混凝土因温差而引起的裂缝。延缓混凝土的凝结时问, 也有利于在浇捣大体积混凝土时不致形成施工冷接缝。

3 大体积混凝土的配合比设计原则

(1) 人体积混凝土在保证混凝土强度及塌落度要求的前提F, 应尽量提高掺和料及骨料的含量, 降低每方混凝土的水泥用量。在施工条件许可的范围内, 应尽可能降低用水量, 从而少用水泥, 减少水泥总发热量, 以降低混凝土内部的最高温度。 (2) 在胶凝材料浆体组成一定时, 骨料体积含量越大, 混凝土的收缩值越小。骨料体积在68%470%范围内变化时, 对收缩的影响最敏感。从减少混凝土收缩的角度看, 骨料体积含量大于70%时, 最为有利。适当的砂率对混凝土的裂缝控制有积极作用。混凝土的干缩随砂率的增大而增大。过高的砂率使结构表层容易产生较厚的砂浆层, 这对混凝土的裂缝控制是不利的。 (3) 采用最佳石子级配, 避免使用粒径分布集中、中问粒级颗粒少的粗骨料。采用少量小粒级石子调整级配, 使其级配曲线接近级配要求下限, 且含有一定量的2.5mm~l0mm骨料时, 可在一定程度上减少混凝土的干缩。

4 控制温度裂缝的技术措施

根据上述分析, 为控制裂缝的产生, 应采取如下措施。

(1) 采用中低热的水泥品种, 配合比中掺人一定量的掺合料取代部分水泥。一般基础混凝土均采用矿渣硅酸盐水泥, 掺入一级粉煤灰 (超量取代法) ;掺人U型混凝土膨胀剂, 膨胀剂的掺入可产生膨胀效应, 它不但可补偿混凝土的收缩, 而且能降低混凝土的缩合温差。并且U型膨胀剂采取内掺, 同样取代了一部分水泥用量。 (2) 对混凝土结构进行合理分缝、分块。合理分缝分块, 不仅可以减轻约束作用, 缩小约束范围, 而且也可以利用浇筑块的层面进行散热, 降低混凝土内部的温度。施工现场可采用伸缩缝、施工缝、后浇缝等方法。 (3) 在满足强度和其它性能要求的前提下, 尽量降低水泥用量。降低水泥用量可直接减小立方混凝土水泥化的温升值。可通过掺入高效减水剂, 减小水灰比来减少水泥用量;通过掺入粉煤灰、膨胀剂等取代一部分水泥。 (4) 掺加适宜的外加剂。通过掺入高效缓凝减水剂, 可延缓混凝土拌合物的凝结时间, 从而方便施工, 避免出现冷缝;缓凝剂的掺入可使水泥的水化热释放速度减慢, 有利于热量消散, 能使混凝土内部的温升有所降低, 这对避免产生温度裂缝是有利的;减水剂吸附在水泥颗粒表面, 起抑制和延缓水泥水化的作用, 在相同强度、和易性和耐久性的条件下, 可减少混凝土中水泥用量。前者使水泥的初期水化速率减慢, 因而使水化热延缓产生, 后者可降低总水化热。 (5) 选择适宜的骨料。粗骨料选择时, 应选择连续级配、颗粒较大的骨料, 但骨料粒径也不可过大, 过大易引起混凝土的离析, 还应符合泵送要求;细骨料采用中、粗砂, 砂率在满足泵送前提下尽量取小, 可降低水化热可抑制混凝土的变形。同时石子的含混量不得大于1, 砂的含泥量不得大于2。 (6) 控制混凝土的入模温度。为控制混凝土内部温度的基值, 应严格控制混凝土的入模温度。大体积混凝土温度, GB50204规定不宜超过28℃。 (7) 结构措施。主要有 (1) 掺膨胀剂的补偿收缩混凝土应在限制条件下使用, 构造钢筋的设计和特殊部位的附加筋, 应符合文E2]的规定; (2) 墙体易出现竖向收缩裂缝, 其水平构造筋的配筋率宜大于0.4, 水平筋的间距宜小于150mm, 墙体的中部或顶端300mm~400mm范围内水平筋间距宜为50mm~100mm; (3) 墙体与柱子连接部位宜插入长度1500mm~2000mm, 8mm~10mm加强钢筋, 插入柱子200m~300mm, 插入边墙1200mm~1600mm, 其配筋率应提高10~15; (4) 结构开口部位、变截面部位和出入口部位应适量增加附加筋; (5) 地下室和水工构筑物的底板和边墙的后浇缝最大间距不宜超过60m, 后浇缝回填时间应不少于28天。