大體積混凝土施工及裂縫控制的研究

朱寶美

(津豪(南通)混凝土有限公司,江蘇南通 226412)

大體積混凝土施工及裂縫控制的研究

朱寶美

(津豪(南通)混凝土有限公司,江蘇南通 226412)

大體積混凝土易產生溫度裂縫,影響結構安全和正常使用,所以必須從根本上分析它,保證施工質量。

大體積混凝土 質量控制 裂縫控制

1 大體積混凝土

隨著建筑施工技術日益成熟,現代建筑中時常涉及大體積混凝土的施工。如高層建筑基礎,大型設備基礎,水利大壩等。它主要特點是體積大,水泥水化熱釋放較集中,內部溫升較快,而且混凝土內外溫差較大,容易使混凝土產生溫度裂縫,影響結構安全和使用。

2 工程概況

如東風力發電大型工程是國家發改委特許項目,建成后是亞洲第一大風力發電場,利用自然風力能源發電,是一項綠色環保工程,經濟效益十分可觀。其風機基礎采用現澆鋼筋混凝土基礎,為圓形,直徑為19m,埋深2.8m,厚0.8～2.5m,立柱直徑6.3m,高2.4～3.9m。混凝土設計強度C40,抗滲等級S8,氯離子滲透系數不大于1500C。由于該工程的特殊性,其風力發電基礎全部建在沿海一帶,材料運輸很不方便。經業主、監理、施工協商決定采用商品混凝土進行澆筑。并且重點對大體積混凝土施工過程的控制及成型后裂縫控制等問題進行商討。

3 大體積混凝土裂縫

3.1 裂縫種類

大體積混凝土內部出現的裂縫按深度的不同,分貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫。貫穿縫是由于混凝土表面裂縫發展為深層裂縫,最終形成貫穿縫。它切斷結構的斷面,可能破壞結構的整體性和穩定性,其危害極其嚴重。而深層裂縫僅是切斷了部分結構斷面,有一定的危害性。表面裂縫一般危害較小。

3.2 溫度裂縫

一方面是混凝土內部因素,由于內外溫差而產生的。另一方面是混凝土的外部因素,結構的外部約束和混凝土各質點間的約束,阻止混凝土收縮變形,混凝土抗壓強度較大,但受拉力卻很小,所以溫度應力一旦超過混凝土能承受的抗拉強度時,即會出現裂縫。這種裂縫不會影響結構的強度,但對結構的耐久性有所影響。

4 產生裂縫的原因

4.1 水泥水化熱

水泥在水化過程中要釋放一定的熱量,該工程結構斷面較厚,水泥水化的熱量聚集,不易散發,這樣混凝土內部的溫度越積越高,使內外溫差增大。

4.2 外界氣溫

大體積混凝土在施工過程中,澆筑溫度隨著外界氣溫的變化而變化。特別是氣溫驟降,會增加內外層的溫差,對大體積混凝土極為不利。

4.3 混凝土自身的收縮

混凝土三分之一的水分是水泥硬化所必須的,三分之二的水分是要蒸發的,多余水分的蒸發會引起混凝土體積的收縮,從而引起收縮裂縫。

5 保證混凝土的質量措施

5.1 水泥

為減少水泥的水化熱,降低混凝土內部的溫升,應選用水化熱低,凝結時間長的水泥。如選用低熱礦渣硅酸鹽水泥,粉煤灰硅酸鹽水泥等。該基礎工程中,在滿足設計和混凝土可泵性要求的前提下,選用礦渣硅酸鹽水泥。

5.2 嚴格控制粗、細骨料

該工程抗滲等級較高,又建在沿海地區,長期浸泡在鹽堿地里,氯離子對鋼筋混凝土質量影響較大,這樣對混凝土內部結構提出更高的要求。為保證混凝土內部結構的密實性,對粗骨料進行三種粒徑的調配。經使用及實測抗滲等級超過設計要求。石子粒徑5～31.5mm連續級配,以減少混凝土收縮變形。針、片狀及壓碎值控制在≤10%,含泥量≤1.0%。細骨料中,砂的細度模數2.50以上,含泥量≤2.0%,0.630mm篩累計篩余量≥70%。

5.3 外加劑

根據設計要求,試驗室對外加劑與水泥的相溶性進行反復試驗,最終確定的是江蘇建科院生產的復合型高效減水劑JM-Ⅷ,摻量1.2%～1.3%時效果最佳。其主要作用是在水灰比不變的情況下可減水、抗裂、增塑、緩凝、提高混凝土流動性和保水性等功能。另外摻鋼筋阻銹劑,對鋼筋的銹蝕起保護作用。

5.4 摻合料

粉煤灰作為礦物細摻料用以改善混凝土的性能。粉煤灰可使混凝土產生致密的結構,提高混凝土后期強度。另外,粉煤灰的摻入可減少水泥用量,降低水化熱的產生和集中釋放。目前,使用較多的是Ⅱ級以上粉煤灰 ,未進行深加工,為進一步增加其活性,應磨細,提高摻量,能改善混凝土各方面的性能。降低混凝土溫度以減少裂縫是今后的發展方向。該工程使用的是Ⅰ級粉煤灰,并采用超量取代,超量系數為1.3,碳含量≤5% 。

5.5 水灰比

該工程單個基礎混凝土方量為620m3,澆注時間不宜超過12h,對混凝土施工配合比提出了較高的要求,即應滿足混凝土的和易性、流動性及中部錐形找坡要求。綜合考慮水灰比宜為0.40以下,混凝土坍落度120±30mm。

6 大體積混凝土的施工

6.1 澆筑方案

由于該工程大部分風機基礎將在夏季澆筑,為防止混凝土澆筑時產生溫度裂縫,應嚴格進行混凝土溫度控制。在混凝土攪拌時采用加冰水,降低混凝土的溫度。所有風電基礎施工時間在夜間,以改善混凝土內部結構的溫升。

除應滿足每一處混凝土初凝前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外,還應考慮鋼筋疏密,預埋管道,混凝土的供應情況及施工進度。根據工程特點,該風力發電基礎建在沿海地帶,為阻止氯離子入侵造成對鋼筋混凝土的腐蝕,所以需要提高混凝土內部的密實性及整體性。決定采用斜面分層施工方法澆筑較為符合實際情況。

6.2 大體積混凝土的澆筑

下部:即在靠圓形基礎模板的內側某一處開始澆筑,每層澆筑厚度40cm左右,依次由外向內螺旋作業。上下兩層混凝土澆注時間間隔不得大于下層混凝土初凝之前1小時,此時應插入第一層混凝土充分振搗,因基礎厚度較大,為保證振搗密實,每個澆筑層配備兩臺插入式振搗器,在斜面上各點嚴格控制振搗時間,移動距離和插入深度,嚴防漏振,確保混凝土的密實性及整體性。中部錐體:混凝土鋼筋保護層設計為75mm,為防止混凝土收縮時產生干裂,給混凝土表層布設抗裂鋼筋網片(設計未說明、后增加)。根據現場情況,錐部的混凝土坍落度宜在120mm左右。混凝土澆筑后,初步用刮尺刮平,并用木蟹第一次抹面,使上部骨料均勻沉降,以提高密實度,減少塑性收縮變形,初凝后至終凝前再用滾子碾壓表面,使混凝土表面更密實,并用木蟹二次加強抹面,閉合混凝土表面收水裂縫。在澆筑過程中,有效了控制混凝土的均勻性和密實性,無露筋、空洞、冷縫、等現象。

7 混凝土的養護

大體積混凝土的養護,不僅要滿足強度增長的需要,還應通過人工對溫度的有效控制,防止因溫度過高引起的混凝土開裂,給工程帶來嚴重的質量問題。

(1)采用內部降溫法降低混凝土內外溫差:根據工程特點,混凝土面積較大,在中部錐形面上邊距1.0m,間距1.5m的位置,用PVC φ150的管材(鋼筋間距離所限)外壁用中性肥皂滿涂。在混凝土澆筑前將PVC管材豎立固定于鋼筋上。混凝土終凝后,抽出管材向筒內注水。派專人看護,由其在混凝土早期筒內水溫升高較快,要立即抽水,再注冷卻水。由于反復的抽水、注水、中性肥皂被稀釋,后用高標號細石混凝土填實,對混凝土基礎無任何影響。對已結束的基礎仔細觀測該部位無任何接縫。

(2)外部降溫法采用:底部圓形利用地下結構的特殊形式采用自來水養護,不得采用海水、中部錐形利用草簾加水進行保溫保濕,草簾成本低,有時還可根據氣溫,氣候等變化增減覆蓋層數,使用時還能與養護面密貼,確保保溫保濕效果。上部圓柱體利用草簾與塑料薄膜進行保濕保溫。在緩慢的散熱的過程中,讓混凝土獲得強度增長必要的溫度。

8 基礎混凝土防腐蝕處理

風機基礎混凝土摻入阻銹劑澆筑完成28d以后,表面涂刷防腐涂料,防腐涂層底層采用環氧樹脂封閉漆(無厚度要求),面層采用環氧樹脂漆(厚度不小于500um),減少氯離子的入侵,大大提高了混凝土抗腐蝕性。

9 結語

大體積混凝土施工、裂縫控制難度雖然較大,但通過選用合適的原材料,恰當澆筑工藝及混凝土的養護,從現場來看取得較好的效果。只要認真落實每個施工環節,妥善地做好澆筑后的保濕保溫工作,是可以取得滿意的效果。