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淺談大體積混凝土裂縫成因及控制

2014-12-25 01:25郝潤亮
城市建設理論研究 2014年37期
關鍵詞:大體積混凝土裂縫控制

郝潤亮

摘 要:介紹了大體積混凝土的概念,依據大體積混凝土的特點,分析了大體積混凝土裂縫的成因,論述了在原材料控制、施工方面進行裂縫控制的綜合措施,以供借鑒。

關鍵詞:大體積混凝土,裂縫,控制

中圖分類號:TV331文獻標識碼: A

前言

隨著國民經濟發展以及施工水平的不斷提高,水電工程的發展迅速,對于水電工程的質量要求也越來越高。水工結構本身結構復雜形體巨大,比如××水利大壩,在水工結構中大體積混凝土為保證工程質量起著重要的作用。大體積混凝士由于尺寸巨大,當受到外界環境、溫度以及自身變形的影響的時候,會產生裂縫,裂縫的存在是對整體水利工程質量的威脅,要保證工程質量和水利工程的平穩度必須研究大體積混凝土的裂縫成因,并有針對性地采取控制措施。研究水工結構大體積混凝土裂縫成因及控制處理不僅具有重大經濟效益和社會效益,同時在實際工程施工中具有重大的指導意義。

1 、大體積混凝土概述

1、1大體積混凝土概念

在我國GB50496—2009大體積混凝土施工規范中,將大體積混凝土定義為:混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1 m的大體積混凝土,或預計會因混凝土中膠凝材料水化熱引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土。

在日本,將大體積混凝土定義為:混凝土結構斷面的最小尺寸必須在80cm 以上,且由于水化熱問題引起的混凝土內部最高溫度與外界溫差預計會超過25℃。

在美國,將大體積混凝土定義為:何就地澆筑的大體積混凝土,其尺寸之大,必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題,以最大限度減少開裂。

1.2大體積混凝土特點

水工結構中大體積混凝土本身的結構和材料組成都比較復雜,從其自身材質特性看,大體積混凝土的受壓能力強但是受拉能力弱,混凝土本身是脆性材料,受拉能力不足其受壓能力的百分之十,因此當受到自身收縮力或外界力的作用時變形能力差,極易產生裂縫。

水工結構中大體積混凝土與鋼筋結構并存,其中大體積混凝土受壓能力較強,鋼筋結構受拉能力較強,但是由于澆筑量大在大體積混凝土中鋼筋的數量不足,大體積混凝土承受巨大的拉應力。同時由于其面積巨大,與外界的接觸面大,大面積暴露在外界環境中,受到空氣、水分的侵蝕作用,極易在內部產生拉應力,拉應力對大體積混凝土具有很大的破壞作用。

水工結構中大體積混凝土澆筑的時候需要大量的混凝土材料,混凝土具有水化熱的特點,澆筑后在混凝土內部產生極高的溫度,此時的彈性模量較小。變形比較小,隨著散熱過程的進行混凝土溫度降低,彈性模量卻變大,變形量也增大,混凝土的這一特點使得內部產生較大的拉應力,而混凝土受拉能力很差,因此在內部就會產生裂縫。

2 、大體積混凝土裂縫成因

2.1混凝土水化熱導致裂縫

水泥水化熱形成的溫度差,多發生在混凝土升溫階段,主要是混凝土澆筑初期?;炷翝仓?,水泥水化熱反應會在混凝土內部產生大量的熱,無法及時散發出去,以至于越積越高,使得混凝土內部溫度迅速升高,體積膨脹擴大,此時由于受基巖或前期混凝土的約束產生壓應力。在混凝土結構外露表面,其熱量容易散發。這樣,就在混凝土內外部形成溫度差,同時,施工時遇到外界氣溫下降較大時,也會使得內外溫差增大。在混凝土結構中,溫度差形成溫度應力,溫差越大,應力越大。當溫度應力超過混凝土當時的抗拉強度時,會產生表面裂縫。在混凝土凝固后期冷卻收縮時,則產生拉應力,且拉應力大于升溫膨脹產生的壓應力值。當拉應力超過混凝土的極限抗拉應力時,則會在混凝土內部產生裂縫,可能發展成貫穿裂縫,對結構造成極大的破壞。

2.2混凝土收縮變形導致裂縫

在混凝土拌合過程中,水泥硬化需要20%的水分,剩余80%的水分會通過蒸發排出混凝土,內部水分蒸發是造成混凝土收縮的直接原因。當混凝土收縮后,仍然處在水飽和的狀態,還可以恢復膨脹近乎原有體積。干濕相互交替會造成混凝土體積交替變化,這對于混凝土質量來說是極為不利的。

混凝土收縮導致的裂縫主要有兩方面原因,—方面是混凝土自身的水分蒸發,在澆筑之后的很長一段時間里水泥中的水分會蒸發,由于大體積混凝土的體積龐大,混凝土表面和內部的水分蒸發程度不同,干縮程度不同,導致的內外變形不同最終使混凝土產生裂縫。另一方面,混凝土在澆筑后還沒有凝固之前,其強度是不夠的,但是因為大體積混凝土的面積較大,與外界的接觸面積大,當遇到大風天氣或者高溫天氣,混凝土表面的水分蒸發較快,內部的水分蒸發慢,混凝土由于強度不夠不能承受表面的急劇收縮,導致裂紋產生。

2.3外界溫差變化導致裂縫

在大體積混凝土施工中,外界氣溫變化會對混凝土澆筑溫度產生直接的影響。尤其是當氣溫驟降的天氣,混凝土內部和外部的溫度都會出現大幅度變化情況,這種情況的出現非常不利于大體積混凝土的施工。溫度應力主要是由于溫差變化所造成的,溫差越大,其溫度應力也會越大。在高溫條件下,大體積混凝土散熱情況最差,這時混凝土內部溫度將高達至 60~65℃,而且有很長的延續時間。

2.4其他因素

混凝土混合料中,水泥不合格或骨料的含泥量過多時,也會在混凝土表面產生龜裂。施工中,混凝土坍落度和摻加的外加劑不同及混凝土密實度的不同,也可能使得混凝土內部形成局部應力集中,產生裂縫。

3、大體積混凝土裂縫控制

3.1混凝土材料控制

3.1.1骨料的選擇

選擇骨料時應優先選用熱膨脹系數小、含泥量低的骨料,并強調骨料的連續級配。采用連續級配的骨料,可以提高骨料在混凝土中所占的體積,大幅度降低水泥用量,從而間接地降低水化熱。而且用連續級配的粗骨料配制的混凝土具有較好的和易性,可減少用水量,減小收縮。

細骨料最好選擇中粗砂,將細骨料模數控制在2.8~3.0間,并注意不要在其中混入有機質的雜物,不允許使用海砂。在可泵送的情況下,粗骨料要選擇粒徑5~20mm連續級配石子,從而減少混凝土出現收縮變形。

3.1.2水泥和水的選擇

(1)降低水化熱。首先應優先使用低熱和中低熱水泥。大體積混凝土結構在選用水泥品種時,應綜合考慮水化熱、強度、坍落度等因素。

(2)減少水泥用量。水化熱與水泥用量成正比,每立方米的混凝土中水泥用量每增減10kg,水泥水化熱使混凝土的溫度相應升降1℃。因此,可通過采取適當的措施減少水泥用量來控制混凝土的溫升,降低溫度應力,減少混凝土開裂的可能性。

(3)減少用水量?;炷恋膯挝挥盟吭蕉?,干縮率越大,一般用水量每增加1%,干縮率可增大2%~3%,在便于施工操作并保證振搗密實的前提下,混凝土應盡可能取較小的坍落度,減少用水量,并把離析、泌水現象降到最低程度。

3.1.3礦物摻合料的選擇

在混凝土中摻人粉煤灰之后,其混凝土的耐久性可抗震性都可以得到很大的提高,膠凝材料體系的水熱化也得到了有效的降低,混凝土抗拉強度得到很大的提高,并且有效抑制了堿骨料,減少了新拌混凝土的泌水。

3.2施工方面控制

3.2.1澆筑控制

(1)分段分層法?;炷翝仓r,先從底層開始,澆筑至一定距離后澆筑第二層,如此依次向前澆筑其他各層,由于總的層數較多,所以澆筑到頂后,第一層末端的混凝土還未初凝,又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時間內要求供應的混凝土較少,結構物厚度不太大而面積或長度較大的工程。

(2)斜面分層法。要求斜面坡度不大于1/3,適用于結構長度大大超過厚度3倍的情況?;炷繌臐仓酉露碎_始,逐漸上移?;炷恋恼駬v也要適應斜面分層澆筑工藝,一般在每個斜面層的上、下各布囂一道振動器,上面的一道布置在混凝土卸料處,保證上部混凝土的搗實。下面一道振動器布置在近坡腳處,確保下部混凝土密實。隨著混凝土澆筑的向前推進,震動器也相應跟上。

(3)全面分層法。即在第一層全面澆筑完畢后,再回頭澆筑第二層,第二層混凝土的澆筑時間應控制在第一層混凝土初凝之前,如此逐層連續澆筑,直至完工為止。這種方案適用于結構平面尺寸不太大,施工時從短邊開始,沿長邊推進比較合適。必要時可將結構分為兩段,從中間向兩端或從兩端向中間同時進行澆筑。

3.2.2振搗控制

混凝土的振搗對于實體工程質量相當關鍵,澆搗時振動棒采用垂贏振搗,行列式排列,做到快插慢拔,根據混凝土坍落度正確掌握振搗時間,避免過振或漏振,采用二次振搗、二次抹面技術,以排除泌水、混凝土內部的水分和氣泡,由于采用混凝土的分層澆筑,在振搗上一層時,應插入下一層中,以消除兩層中間的接縫,上一層混凝土的自然形成厚度不能超過振動棒長的1.25倍?;炷恋恼駬v時間不宜過長,一般為8s~10s,以防止石子下沉造成混凝土結構不均勻?;炷翝驳矫鎸訒r,表面應抹平壓實,以排除泌水、混凝土內部的水分和氣泡,以提高混凝土的密實度,通過合理的振搗工藝及方式,確保整個混凝土結構沒有出現漏振現象,結構均勻密實,未出現分層。通過控制振搗時間,沒有出現過振現象,混凝土沒有因為施工問題出現泌水、離析等問題,在混凝土澆筑、振搗完成后及時的進行二次抹面,使得混凝土結構表面光潔,減少裂縫的出現。

總結

在大體積混凝土裂縫控制上,只要做好混凝土配合比設計, 嚴格施工并做好質量控制,重視混凝土養護,同步監測并控制好混凝土溫度,以避免混凝土有害裂縫的產生,從而確?;炷两Y構的適用性、耐久性和安全性。

參考文獻:

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