大體積混凝土溫度裂縫的防治措施

朱建軍

1 概述

伴隨著市場經濟及科學技術的高速發展,大中城市出現了很多高層乃至超高層大型建筑,大體積的混凝土也越來越多的得到應用,大體積泵送混凝土施工工藝隨之而誕生。但工程中泵送大體積混凝土施工后的構件很容易產生不同程度的溫度裂縫,嚴重影響工程質量。針對這個問題,本文結合實踐經驗,分析大體積泵送混凝土溫度裂縫產生的原因和特點,提出相應的防治措施。

2 大體積混凝土溫度裂縫的成因和特點

2.1 大體積混凝土溫度裂縫的成因

大體積混凝土裂縫的產生是由混凝土原材料和配比、施工技術和設備條件等引起的。泵送混凝土配比中的水泥用量較多、添加不同的摻合物、砂率偏大、水灰比受限和添加泵送劑等是致使裂縫產生的主要原因之一;而在施工過程中,混凝土原料的計量不準確、拌合物過干或過稀、泵送后混凝土均勻性差、振搗不密實不均勻,都極易產生大體積混凝土的裂縫。

混凝土材料發生物理及化學變化也是大體積混凝土產生溫度裂縫的主要原因,水泥水化過程中產生大量的熱量,當水泥用量達到350 kg/m3～550 kg/m3時,每立方米混凝土將放出17 500 kJ～27 500 kJ的熱量,會使混凝土內部溫度升高。因為混凝土內部和表面的散熱條件不同,形成了溫度梯度,勢必造成溫度變形和溫度應力,溫度應力和溫差成正比。當溫度應力超過混凝土的內外約束力(包括混凝土的抗拉強度)時,就會產生裂縫。混凝土的混合料在不同的溫度條件下凝結硬化,會產生體積變形,水泥石的干燥和冷卻收縮大,而集料的干燥和冷卻收縮小,同時水泥石和集料之間相互粘結形成約束,從而產生變形裂縫。

2.2 大體積混凝土溫度裂縫的特點

該類裂縫寬度大、內應力小,對荷載的影響小,但對耐久性損害大。從裂縫形態上看,有的位置寬,有的位置窄,其寬窄不均勻。

3 大體積混凝土溫度裂縫的防治措施

3.1 選擇合理原材料和配合比

1)水泥品種的選擇。大體積混凝土引起裂縫的主要原因就是水泥水化熱的大量積聚,使混凝土出現早期升溫和后期降溫而產生內部和表面的溫差。因此應選擇水化熱適當的水泥,如中熱硅酸鹽水泥或者低熱礦渣硅酸鹽水泥,這是減少溫差的主要措施,在摻加泵送劑或粉煤灰時,也可以選用礦渣硅酸鹽水泥。2)控制水泥用量。根據大量試驗研究和工程實踐證明,每立方米混凝土的水泥用量增減10 kg水泥,其水化熱將使混凝土的溫度相應升高或降低1℃。因此,為了更好的控制水化熱所造成的溫度升高,減少溫度應力,可以根據工程結構實際承受荷載的情況,對工程結構的剛度和強度進行復核與驗算,并取得設計部門的同意后,可以用56 d或者90 d的抗壓強度來代替28 d的抗壓強度作為設計強度,這樣一來可以相應減少水泥用量,如果充分利用混凝土的后期強度,則可以使每立方米混凝土水泥用量減少40 kg～70 kg左右,混凝土溫度相應降低4℃～7℃。3)適當摻加摻合料。國內外大量試驗研究和工程實踐證明,混凝土中摻入一定量優質的粉煤灰后,不但能代替部分水泥,起到潤滑作用,改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性,還可以改善混凝土的可泵性,降低產生的水化熱,改善了混凝土的后期強度。4)正確使用外加劑。水灰比是影響混凝土收縮的重要因素,使用減水防裂劑使混凝土用水量減少25%,在保持混凝土強度的條件下可減少15%水泥用量,其體積用增加骨料用量來補充。而減水防裂劑還可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形。5)選用質量優良的粗細骨料。粗骨料選用時根據結構最小斷面尺寸和泵送管道內徑選擇合理的最大粒徑。細骨料選用時宜采用級配良好的中砂。泵送混凝土也宜選用合理的砂率,砂率過大不僅影響混凝土的強度,而且能增大收縮和裂縫。

3.2 控制混凝土的出機溫度和澆筑前后溫度的變化

1)為了降低混凝土的出機溫度和澆筑溫度,最有效的方法是降低原材料溫度,要最有效的降低石子溫度,在氣溫較高時,防止太陽直射,在砂石堆積場搭設簡易遮陽棚,必要時可以向堆積場的骨料噴淋水,或者在使用前用冷水沖洗集料。2)冷卻攪拌運輸車罐體、泵送管道保溫也是必要的措施。3)澆筑混凝土時減少混凝土的厚度,利用澆筑層面散熱。4)在混凝土中埋設水管,通入冷水降溫。5)規定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度;施工中長期暴露的混凝土表面或薄壁結構,在寒冷季節采取保溫措施。

3.3 改進施工工藝

1)攪拌工藝。實踐證明采用二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝,可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上,使硬化后界面過渡層結構致密、粘結力增大,從而提高混凝土強度、節約水泥,這樣減少了水化熱而避免裂縫產生。2)振搗工藝。對澆筑的混凝土在終凝前進行二次振搗,可排除混凝土因泌水在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分,提高粘結力和抗拉強度,并減少內部裂縫余氣孔,提高抗裂性。3)養護工藝。養護方法分為保溫法與保濕法,大體積混凝土澆筑完畢后,應當在12 h內加以覆蓋和澆水,采用普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土養護時間不得少于14 d;采用礦渣水泥、火山灰水泥等拌制的混凝土養護時間不得少于21 d,必須切實做好嚴格按照要求定時定點進行澆水養護。4)覆蓋地膜。混凝土澆筑完成后,澆水養護比較重要,混凝土覆蓋地膜后起到一個保溫保濕的作用,混凝土在適宜的溫度、濕度條件下凝結硬化、水化充分而完全,溫度沒有形成急劇下降,會有效的減少溫度裂縫的產生。5)合理的分縫分塊。大體積混凝土結構在允許的情況下合理分割縫隙、分塊,可減小裂縫。6)控制拆模時間。當混凝土溫度高于氣溫時應適當考慮拆模時間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發,表面附加一拉應力,與水化熱應力疊加,再加上混凝土干縮,表面的拉應力達到很大的數值就有導致裂縫的危險。7)設置后澆縫。當大體積混凝土平面尺寸過大時,可適當設置后澆縫,以減少溫度應力和外應力;同時也有利于散熱,降低混凝土的內部溫度。

4 結語

大體積混凝土的裂縫已成為通病,大體積泵送混凝土溫度裂縫尤其普遍,已嚴重影響了工程結構的質量,因此,我們應當結合工程結構的實際情況,合理地選用原材料及適當的配合比,摻加必要的摻合料及添加劑,充分利用混凝土的晚期強度,減少水泥用量;精心組織設計施工工藝方案,確保工程結構的質量,盡量減少溫度裂縫的產生。

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