淺談大體積混凝土裂縫控制

張亞興

1 概述

隨著國內經濟飛速發展,工程建設中涉及到大體積混凝土也越來越多。大體積混凝土由于水化發熱、收縮變形等因素容易產生裂縫,稍有不慎將會造成不可估量的損失。因此對如何控制大體積混凝土的質量引起人們普遍重視。關于防止大體積混凝土溫度裂縫的措施有很多,文中結合大體積混凝土產生裂縫的主要原因,提出防止大體積混凝土裂縫產生的一些措施。

2 產生裂縫的主要原因

2.1 水泥水化熱

水泥在水化過程中要釋放出大量的熱量,而大體積混凝土結構由于斷面較厚,體量較大,水泥水化產生的熱量聚集在結構內部而無法及時散發出去,以至于熱能越聚越大,使內外溫差增大,因而出現初期裂縫(就是在混凝土澆筑的升溫期,由于水化熱在混凝土澆筑后2 d～3 d溫度急劇上升,3 d～5 d達到內部的最高溫度,從而混凝土內部拉應力超過混凝土的抗拉應力引起的裂縫)。

2.2 混凝土收縮

大體積混凝土收縮產生的裂縫主要有降溫收縮裂縫和干燥收縮裂縫。降溫收縮裂縫是指大體積混凝土澆筑凝結后,經過約3 d～5 d,內部溫度達到峰值,然后開始緩慢降溫。此時,溫度變化使混凝土產生體積脹縮,處在地基等約束條件下的混凝土開始產生裂縫。干燥收縮裂縫是指由于混凝土水泥水化過程用水量遠低于拌合水用量,在混凝土澆筑硬化后,拌合水中的多余部分蒸發,從而使混凝土體積縮小產生的裂縫。值得注意的是在降溫時其降溫收縮與干燥收縮疊加在一起,處于約束條件下的混凝土常常容易產生裂縫,在施工與監控過程中應特別注意。

2.3 外界氣溫變化

大體積混凝土在施工時,混凝土的澆筑溫度會隨著外界氣溫變化而變化。特別是當氣溫驟變,會大大增加內外層混凝土溫差,從而引起混凝土內部溫度應力急劇增大,這對大體積混凝土結構極為不利,因此,應采取對應控制措施將溫差控制在最小范圍。

3 保證大體積混凝土質量的措施

3.1 原材料選擇

1)選用適宜品種的水泥。水泥用量與混凝土內部最高溫升有直接的關系,因此,在保證設計強度的前提下優先選用高標號的水化熱低、水化熱不集中的水泥品種,以減少水泥用量,降低水化熱。如可選用高標號的礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥或復合水泥等。

2)使用適量的粉煤灰。粉煤灰中含有大量的活性SiO2和Al2O3等化學成分,同時可以替代部分水泥來提高混凝土強度,特別是后期強度,在混凝土中添加一定量的粉煤灰,則增大混凝土的流動性,降低水化熱,有實驗表明每摻加10 kg粉煤灰替代等量的水泥,混凝土的溫升可降低1℃左右。但對于大摻量粉煤灰混凝土(粉煤灰摻量I＞40%),混凝土拌合物需水量增加,易泌水離析,造成混凝土表面易起砂、干縮性加大、早期強度較低等不足,在工程中要注意。

3)選擇適當的外加劑。可根據設計要求在混凝土中摻加一定用量外加劑,如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等外加劑。以UEA混凝土膨脹劑為例,將10%～12%摻入(取代水泥率)水泥中,可拌制成補償收縮混凝土,在鋼筋和鄰位約束下,可在混凝土中建立0.2 MPa～0.7 MPa的預應力,這一預應力大致可抵消混凝土干縮拉應力,使結構不裂或控制在無害裂縫范圍內。

4)選擇適當的骨料。粗骨料宜采用連續級配,并盡量選取粒徑上限。例如采用5 mm～40 mm粒級的石子和采用5 mm～25 mm粒級的石子,在相同水灰比情況下,每立方米混凝土用水量約可減少15 kg,水泥用量約可節省20 kg。但骨料粒徑過大,容易引起混凝土的離析,影響混凝土的質量,故必須進行級配優化,同時,應嚴格控制骨料中的含泥量。在混凝土的級配中,應當在滿足施工的條件下,盡可能地降低砂率。在選擇細骨料時,應以中、粗砂為宜。

3.2 澆筑控制

1)控制混凝土澆筑溫度。混凝土從攪拌機出料,經過運輸、泵送、澆筑、振搗等工序后的溫度稱為混凝土的澆筑溫度。一般澆筑溫度每提高10℃,混凝土內部溫度約上升3℃～5℃。因此,降低澆筑溫度,這對保證混凝土質量是有利的。一般在施工中可采用降低水和骨料溫度的方法降低混凝土澆筑溫度,如夏天必要時可采用含有冰塊的水攪拌混凝土;同時在施工中還可以采用減少裝卸轉運次數、在混凝土泵管上覆蓋濕麻袋、混凝土澆筑在一天中氣溫較低時進行的方法,以及運用在晚上澆筑等輔助措施來降低混凝土澆筑溫度。

2)采用二次振搗。在施工中采取二次振搗,從而減少混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部產生的水分和空隙,提高混凝土和鋼筋間的握裹力,防止因混凝土沉落產生裂縫,同時還可以減少內部微裂縫,增加混凝土密實度,有效地提高混凝土抗裂性。

3.3 混凝土養護

1)混凝土澆筑后,要在其表面不斷地補給水分,目前常州的通常做法是在表面蓋一層塑料薄膜,然后根據計算覆蓋一定厚度的保溫層,如濕麻袋或草袋等,這樣水既可以滲入又可以起到保溫作用。2)在混凝土內外溫差計算值過大時,建議在混凝土內部預埋水管,通入冷卻循環水,降低混凝土內部溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進行。但此方法的采用應根據測溫情況嚴格控制冷卻循環水開關,如果調控不當,將產生嚴重后果。筆者參與檢測的某工程因施工工期較緊,為了搶工期施工方擅自進行冷卻循環水開關,致使混凝土內部溫度忽高忽低,降溫速度時快時慢,后經檢測單位制止才停止,即使這樣也使混凝土表面局部產生裂縫,影響了混凝土質量。3)保溫養護的持續時間,應根據溫度應力(包括混凝土收縮產生的應力)加以控制、確定,但不得少于15 d。保溫覆蓋層拆除應分層逐步進行。如某工程在混凝土澆筑完畢5 d后就將所有保溫材料撤除,使混凝土直接暴露在空氣中,致使混凝土表面干燥、內外溫差過大,從而使混凝土表面產生干燥收縮裂縫。4)在拆模后,應及時采取保護措施,盡快回填土(土是最佳的養護介質)。如果拆模后無法進行養護,則應延長拆模時間。

4 結語

只要尊重大體積混凝土的特性,經過科學的資源選配,采取切實有效的措施,做好混凝土養護工作,控制和監測好混凝土的澆筑溫度,就可以最大限度地防止有害裂縫的產生。

[1] GB 1596-2005,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

[2] YJG F22-92,UEA補償收縮混凝土防水工法[S].

[3] YBJ 224-91,塊體基礎大體積混凝土施工技術規程[S].

[4] 孫宏明,姚安全,操三齊.淺談大體積混凝土的裂縫控制措施[J].山西建筑,2008,34(27):190-191.