大体积混凝土裂缝防治

作者:未知

  在现今的建筑施工中大体积混凝土浇筑越来越多,大体积混凝土应该如何控制质量,怎样进行防裂和温度控制则非常重要。
  大体积混凝土的定义:大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于等于1m的混凝土结构,其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值,合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。有时结构虽然断面不大,但水泥的水化热较大,也应按大体积混凝土考虑。大体积混凝土对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大,约束作用所产生的温度力也愈大,如采取控制温度措施不当,温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时,则易产生裂缝。
  大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同,分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝,最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面,可能破坏结构的整体性和稳定性,其危害性是较严重的;而深层裂缝部分地切断了结构断面,也有一定危害性;表面裂缝一般危害性较小。出现裂缝并不是绝对地影响结构安全,它都有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3mm;处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2mm。
  大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝,一方面是混凝土内部因素:由于内外温差而产生的;另一方面是混凝土的外部因素:结构的外部约束和混凝土各质点间的约束,阻止混凝土收缩变形,混凝土抗压强度较大,但相对来说,混凝土抗拉强度却很小,所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时,即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内,一般不会影响结构的强度,但却对结构的耐久性有所影响,因此必须予以重视和加以控制。
  产生裂缝的主要原因有以下几方面:
  1.水泥水化热。水泥在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去,以至于越积越高,使内外温差增大。当砼的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时,便开始产生温度裂缝。这就是大体积砼容易产生裂缝的主要原因。
  2.外界气温变化。温度应力是由于温差引起温度变形造成的;温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达60~65℃,并且有较长的延续时间。
  3.混凝土的收缩。混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的,而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是很不利的。
  4.约束条件。大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起,当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于砼的弹性模量小,徐变和应力松弛度大,使砼与地基连接不牢固,因而压应力较小。但当温度下降时,产生较大的拉应力,若超过砼的抗拉强度,砼就会出现垂直裂缝。
  那么如何防止大体积混凝土产生有害裂缝呢?
  一、首先大体积混凝土所选用的原材料应注意以下几点:
  1.粗骨料宜采用连续级配,细骨料宜采用中砂。
  2.外加剂宜采用缓凝剂、减水剂;掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等。
  3.大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下,应提高掺合料及骨料的含量,以降低单方混凝土的水泥用量。
  4.水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥,优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。
  5.大体积混凝土配合比应符合下列规定:大体积混凝土配合比的设计除应符合设计强度等级、耐久性、抗渗性、 体积稳定性等要求外,尚应符合大体积混凝土施工工艺特性的要求,并应符合合理使用材料、降低混凝土绝热温升值的原则。
  二、其次大体积防水混凝土的施工,应采取以下措施:
  1.在设计许可的情况下,采用混凝土60d强度作为设计强度;
  2.在炎热季节施工时,采取降低原材料温度、减少混凝土运输时吸收外界热量等降温措施;
  3.混凝土内部预埋管道,进行水冷散热;
  4.大体积混凝土工程的施工宜采用分层连续浇筑施工或推移式 连续浇筑施工。使混凝土沿高度均匀上升;浇筑应在室外气温较低时进行,混凝土浇筑温度不宜超过28℃。混凝土浇筑温度系指混凝土振捣后,在混凝土50㎜~100㎜深处的温度。应依据设计尺寸进行均匀分段、分层浇筑。当横截面 面积在200m以内时,分段不宜大于2段;當横截面面积在300m以内时, 分段不宜大于3段,且每段面积不得小于50m。每段混凝土厚度应为1.5m~2.0m。段与段间的竖向施工缝应平行于结构较小截面尺寸方向。当采用分段浇筑时,竖向施工缝应设置模板。上、下两邻层中的竖向施工缝应互相错开。当采用泵送混凝土时,混凝土浇筑层厚度不宜大于500mm;当采用非 泵送混凝土时,混凝土浇筑层厚度不宜大于300mm。大体积混凝土施工采取分层间歇浇筑混凝土时,水平施工缝设置除应 符合设计要求外,尚应根据混凝土浇筑过程中温度裂缝控制的要求、混凝土的供应能力、钢筋工程的施工、预埋管件安装等因素确定。大体积混凝土在浇筑过程中,应采取措施防止受力钢筋、定位筋、预 埋件等移位和变形。大体积混凝土浇筑面应及时进行二次抹压处理。
  5.采取保温保湿养护。对大体积混凝土的养护,应根据气候条件按施工技术方案采取控温措施,并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度,将温差控制在设计要求的范围以内。混凝土中心温度与表面温度的差值不应大于25℃,混凝土表面温度与大气温度的差值不应大于20℃,养护时间不应少于14d。并应控制降温速率:大体积砼的温度变化曲线一般先是一个升温过程,升到最高点后就慢慢降温,升温的速度要比降温的速度大。
  砼养护可遵循降温速率"前期大后期小"的原则。因养护前期砼处于升温阶段,弹性模量、温度应力较小,而抗拉强度增长较快,在保证砼表面湿润的基础上应尽量少覆盖,让其充分散热,以降低砼的温度,亦即养护前期砼降温速率可稍大。养护后期砼处于降温阶段,弹性模量增加较快,温度应力较大,应加强保温,控制降温速率。
  虽然大体积混凝土裂缝产生的原因很多,但只要严格按规范规定施工,认真积极的探索裂缝产生的原因,及早采取相应的预防措施,就能有效地控制大体积混凝土结构的裂缝。
  参考文献:
  [1]《混凝土结构工程施工质量验收规范 》 GB50204-2011.
  [2]《混凝土质量控制标准》 GB50164-2011.
  [3]《商品混凝土质量管理规程》 DBJ01-6-90.
  [4]《混凝土泵送施工技术规程》 JGJ/T10-2011.
  [5]《混凝土强度检验评定标准》 GB/T50107-2010.
  [6]《混凝土外加剂应用技术规范》 GB50119-2013.
  [7]《混凝土膨胀剂应用技术规范》 GBJ50119-2003.
  [8]《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2010.
  [9]《地下工程防水技术规范》 GB50108-2001.
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