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对大体积混凝土裂缝控制的研究

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  摘 要:現代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工,如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。这些部位整体性质量要求高,质量的好坏直接影响到结构的安全使用,因此全面的质量控制就显得至关重要。工程实践证明,大体积混凝土施工难度比较大, 混凝土产生裂缝及质量通病的机率较多,为了降低经济损失,我们要减少和控制裂缝及质量通病的出现。
  关键词:大体积混凝土;质量控制;裂缝
  大体积混凝土按其深度不同可以分为:贯穿性裂缝、深层裂缝、表面裂缝。按照裂缝的成因又分为两种:一种是由于荷载直接作用,混凝土超过极限拉应力而引起的裂缝,也称作荷载裂缝或结构性裂缝,另一种是由于变形变化引起的裂缝,如结构由于温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素而引起的裂缝,也称做变形裂缝。
  大体积混凝土产生裂缝的原因很多,包括混凝土自身的因素、环境的因素、人为的因素等。混凝土自身的因素包括水泥水化放热后混凝土降温过程中产生的温度裂缝、水泥浆硬化时体积收缩所产生的硬化收缩、混凝土干燥时产生的干缩等;环境的因素包括外界的约束、外界温度升降使混凝土膨胀或收缩;人为的因素包括设计的不合理、混凝土配合比不当、材料质量不合格、施工质量差等。在这些因素中,比较普遍且影响较大的有:混凝土因水泥水化放热而升温降温、混凝土收缩、外界约束的存在、混凝土配合比的选择等。
  通过对大体积混凝土的深入研究和工程实践经验的反馈,控制大体积混凝土开裂应从两方面入手。一方面,提高混凝土的抗拉强度,使其足够大,大到各种因素引起的开裂应力小于它。另一方面,控制各种温度应力,使其尽可能小,使之小于混凝土的抗拉强度。而混凝土温度应力取决于其浇筑温度、水泥水化热和混凝土表面温度。即通过优化配合比、选择水泥品种、改善混凝土养护条件等亦可达到控制大体积混凝土裂缝的目的。因此,防止大体积混凝土出现裂缝应从以下几个方面加以有效控制。
  一、减小混凝土内外温差
  1.降低水化热温升
  (1)选用低标号低水化热水泥
  (2)适当降低水泥用量。经验认为,每1M3混凝土水泥用量减少10KG,混凝土温升值就会降低10℃。降低水泥用量可以作为控制温度应力的另一主要手段,且越是厚大体积混凝土其效果越明显。
  2.降低混凝土入模温度。研究表明,混凝土的浇筑温度越高,水泥的水化反应速度越快。一般认为,混凝土浇筑温度每升高10℃则混凝土内部温度的峰值将提高3~5℃,大体积混凝土的浇筑温度最好控制在25℃以下。搅拌后混凝土热量与搅拌前原材料所含热量是相等的,要想控制混凝土的出机温度就要从控制原材料的温度入手。因为砂石料降温较困难,因此主要是采取措施降低水温和水泥温度。在夏季施工时,加强组织协调,缩短混凝土从出机到入模的时间。将泵送管路用湿麻袋覆盖,防止日晒升温。还可在混凝土罐车的转筒上浇水降温。
  3.加强保温,控制混凝土内外温差。根据以往施工经验,混凝土中心温度和表面温度之差控制在20~30℃以内,一般可以防止有害裂缝的产生。为了防止大体积混凝土表面温度下降速率太快,条件允许时应该尽量延长拆模时间。拆模以后也要尽快覆盖保温层,防止风吹。正常施工时的保温,混凝土表面铺设一层塑料薄膜,然后是两层麻袋,为了防止雨冷击,麻袋外再设一层薄膜。冬季施工时采用蓄热法保温养护,混凝土顶面铺双层塑料薄膜,内夹三层草帘;侧模采用保温模板,即模板外侧挂三层草帘,外罩篷布或加塑编织布。模板拆除以后,混凝土侧表面围保温被。
  二、减小约束应力的措施
  1.结构段,减小结构长度对约束应力的影响。为了减少出现有害裂缝的机会,施工中建议设计结构段长为15M以内,规范要求为5~15M。经验得出结论,结构段长在15M以内时出现裂缝的可能性大大减少。
  2.设置施工缝
  (1)水平施工缝的设置。在底板上连续浇筑墙体时,其上水平缝严格按规范设置。该措施可以避免大断面约束小断面情况的出现。
  (2)竖向施工缝的设置。施工中采用设置闭合块的方法,进行分块浇筑,共设置4个闭合块,减小了一次浇筑的长度,一方面降低了约束应力,另一方面将水化热从时间和空间上均分散开来,增加了散热面积,降低了温升。
  3.凝土浇筑间歇期。混凝土的弹性约束应力是在降温过程中由其自身收缩产生的。降温速度越快,约束应力越大,施工中通过测温和采取保温措施调整降温速率,注意防止寒潮侵袭,充分利用混凝土徐变特性产生的松弛效应,避免裂缝的产生。
  三、合理选择施工方案、提高施工质量
  1.编制详细的施工组织设计。在大体积混凝土工程施工之前,应编制详细的施工组织设计,通过对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温度估算,对是否可能出现温度裂缝进行验算,确定施工阶段大体积混凝土浇筑块体的升温降值、内外温差及降温速度的控制指标,并制定出相应的措施办法。
  2.要重视施工前的准备工作。在施工以前,首先要对工人进行必要的技术交底,使之掌握大体积混凝土的施工工艺及技术要点;其次,确保各种设备、工具能立即投入使用,使混凝土温度控制能够满足设计要求。
  3.振捣工艺。浇筑后的混凝土,在振动界限以前,给予二次振捣,能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙,提高混凝土与钢筋的握裹力,防止因混凝土沉落而出现的裂缝,以减小内部微裂,增加混凝土密实度,从而可使馄凝土强度提高10~20%左右。根据结构物的大小、钢筋的疏密程度、混凝土供应条件等具体情况,混凝土浇筑可采用全面分层浇筑和分段分层浇筑及斜面分层浇筑三种。
  四、加强对大体积混凝土的保温和养护
  混凝土在浇筑的初期,强度低、抵抗变形能力小,如果遇到不利的外界条件,其表面容易发生有害的冷缩和干缩裂缝。保温的目的是减小混凝土表面与内部温差及表面混凝土温度梯度,防止表面裂缝的发生。无论在常温还是在负温下施工,混凝土表面都需覆盖保温层。常温保温层,可以对混凝土表面因受大气温度化或雨水袭击的温度影响起到缓冲作用;负温保温层则根据工程项目地点、气温以及控制混凝土内外温差等条件进行设计。担负温保温层必须设置不透风材料覆盖层,否则效果不够理想。保温层兼有保湿的作用,如果用湿砂层,湿锯末层或积水保湿效果尤为突出,保湿可以提高混凝土的表面抗裂能力。
  参考文献:
  [1] 朱伯芳.《大体积混凝土温度应力及温度控制》.北京电力出版社,1999.
  [2] 陈辉.《大体积混凝土温度裂缝的成因分析及控制措施》.混凝土,2006.
  [3] 东南大学 同济大学合编.《混凝土结构设计原理》.中国建筑工业出版社,2006.
  [4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.《大体积混凝土施工规范GB50496-2009》.中国计划出版社,2009.
  [5] 同济大学材料科学与工程学院编.《大体积混凝土配合比设计、施工与温度控制全套技术》.同济大学出版社,2007.6.
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