大體積混凝土裂縫及控制

陳 欣 吳 梅

(遼寧開大建設(shè)集團有限公司，遼寧 阜新 123000)

大體積混凝土裂縫及控制

陳 欣 吳 梅

(遼寧開大建設(shè)集團有限公司，遼寧 阜新 123000)

隨著建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，高層建筑工程、地下建筑工程呈現(xiàn)項目多、規(guī)模大的新特點，相應(yīng)大體積混凝土工程也越來越多地被采用。與此同時，很多工程的失事都是由于裂縫的不穩(wěn)定發(fā)展所致。近代科學(xué)研究和大量的混凝土工程實踐證明，在混凝土工程中裂縫問題是不可避免的，在一定的范圍內(nèi)也是可以接受的，只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)。

大體積混凝土； 裂縫成因； 控制裂縫

1 大體積混凝土的含義

《GB 50496-2009 大體積混凝土施工規(guī)范》對大體積混凝土作了如下定義：大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小幾何尺寸不小于1m 的大體量混凝土，或預(yù)計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。

2 混凝土裂縫的成因

1）砼的收縮

a 混凝土塑性收縮變形

在混凝土硬化之前，混凝土處于塑性狀態(tài)，如果上部混凝土的均勻沉降受到限制，如遇到鋼筋或大的混凝土骨料，或者平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難時，就容易形成一些不規(guī)則的混凝土塑性收縮裂縫。這種裂縫通常是相互平行的，間距為 0.2～0.1M。并且有一定的深度，天不僅可以發(fā)生在大體積混凝土中，而且可以發(fā)生在平面尺寸較大、厚度較薄結(jié)構(gòu)中。

b 混凝土的體積變形

混凝土在水泥水化熱的過程中要產(chǎn)生一定體積的變形，但大多數(shù)是收縮變形，少數(shù)為膨脹變形。摻入混凝土中的拌合水，約有 20%的水分是水泥水化所必需的，其余 80%都要被蒸發(fā)，最初失去的自由水幾乎不引起混凝土的收縮變形，隨著混凝土的繼續(xù)干燥而使多余的水逸出，就會出現(xiàn)干燥收縮。

除了干燥收縮外，混凝土還會產(chǎn)生碳化收縮，即空氣中二氧化碳與混凝土中的氫氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣和水，這些結(jié)合水會因蒸發(fā)而使得混凝土產(chǎn)生收縮。

2) 混凝土材料

在混凝土材料中，集中表現(xiàn)在水泥是水化熱的影響上。水泥在水化熱過程中產(chǎn)生大量熱量，這是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源，試驗真名每克普通水泥放出的熱量可達到 500J。由于大體積混凝土截面的厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，會引起混凝土內(nèi)部的急劇升溫。水泥水化熱引起的絕熱溫升，與混凝土的厚度、單位體積水泥的用量和水泥品種有關(guān)，混凝土厚度越大，水泥早期強度越高，混凝土內(nèi)部的溫升就越快。大體積混凝土測溫試驗研究表明：水泥水化熱在1～3天放出的熱量最多，大約占總熱量的50%左右，混凝土澆筑后3～5天內(nèi)，混凝土內(nèi)部的溫度最高。

3) 施工及現(xiàn)場養(yǎng)護原因

a 現(xiàn)場澆搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會影響混凝土的密實性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。

b 高空澆注混凝土，風(fēng)速過大、烈日暴曬，混凝土收縮值大。

c 對大體積混凝土工程，缺少兩次抹面，易產(chǎn)生表面收縮裂縫。

d 大體積混凝土澆注，對水化計算不準、現(xiàn)場混凝土降溫及保溫工作不到位，引起混凝土內(nèi)部溫度過高或內(nèi)外溫差過大，混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。

e 現(xiàn)場養(yǎng)護措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。

4) 使用原因(外界因素)

a 構(gòu)筑物基礎(chǔ)不均勻沉降，產(chǎn)生沉降裂縫。

b 使用荷載超負。

c 野蠻裝修，隨意拆除承重墻或鑿洞等，引起裂縫。

3 施工中控制裂縫適宜開展的措施

( 1) 降低水泥水化熱。包括: 混凝土的熱量主要來自水泥水化熱, 因而選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥配制混凝土較好;精心設(shè)計混凝土配合比, 采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù), 減少每立方米混凝土中的水泥用量, 以達到降低水化熱的目的; 選用適宜的骨料, 施工中根據(jù)現(xiàn)場條件盡量選用粒徑較大, 級配良好的粗骨料;選用中粗砂, 改善混凝土的和易性, 并充分利用混凝土的后期強度, 減少用水量; 嚴格控制混凝土的塌落度。在現(xiàn)場設(shè)專人進行塌落度的測量,將混凝土的塌落度始終控制在設(shè)計范圍內(nèi), 一般以 7～9cm 為最佳;夏季施工時,在混凝土內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管,通循環(huán)冷卻水, 強制降低混凝土水化熱溫度。冬季施工時, 采用保溫措施進行養(yǎng)護;如技術(shù)條件允許, 可在混凝土結(jié)構(gòu)中摻加10%～15%的大石塊, 減少混凝土的用量,以達到節(jié)省水泥和降低水化熱的目的。

( 2) 降低混凝土入模溫度。包括: 澆筑大體積混凝土?xí)r應(yīng)選擇較適宜的氣溫,盡量避開炎熱天氣澆筑。夏季可采用溫度較低的地下水攪拌混凝土, 或在混凝土拌和水中加入冰塊, 同時對骨料進行遮陽、灑水降溫, 在運輸及澆筑過程中也采用遮陽保護、灑水降溫等措施, 以降低混凝土拌和物的入模溫度; 摻加相應(yīng)的緩凝型減水劑; 在混凝土入模時, 還可以采取強制通風(fēng)措施,加速模內(nèi)熱量的散發(fā)。

( 3) 加強施工中的溫度控制。包括: 在混凝土澆筑之后, 做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護, 以使混凝土緩緩降溫, 充分發(fā)揮其徐變特性, 減低溫度應(yīng)力。夏季應(yīng)堅決避免曝曬, 注意保濕; 冬季應(yīng)采取措施保溫覆蓋,以免發(fā)生急劇的溫度梯度變化; 采取長時間的養(yǎng)護, 確定合理的拆模時間, 以延緩降溫速度, 延長降溫時間, 充分發(fā)揮混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”; 加強測溫和溫度監(jiān)測。可采用熱敏溫度計監(jiān)測或?qū)Ｈ硕帱c監(jiān)測, 以隨時掌握與控制混凝土內(nèi)的溫度變化。混凝土內(nèi)外溫差應(yīng)控制在 25℃以內(nèi), 基面溫差和基底面溫差均控制在 20℃以內(nèi), 并及時調(diào)整保溫及養(yǎng)護措施, 使混凝土的溫度梯度和濕度不致過大, 以有效控制有害裂縫的出現(xiàn); 合理安排施工程序, 混凝土在澆筑過程中應(yīng)均勻上升, 避免混凝土堆積高差過大。在結(jié)構(gòu)完成后及時回填土, 避免其側(cè)面長期暴露。

( 4) 改善約束條件, 削減溫度應(yīng)力。在大體積混凝土基礎(chǔ)與墊層之間可設(shè)置滑動層, 如技術(shù)條件許可, 施工時宜采用刷熱瀝青作為滑動層, 以消除嵌固作用,釋放約束應(yīng)力。

( 5) 提高混凝土的抗拉強度。包括: 控制集料含泥量。砂、石含泥量過大, 不僅增加混凝土的收縮, 而且降低混凝土的抗拉強度, 對混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制時必須嚴格控制砂、石的含泥量,將石子含泥量控制在1%以下,中砂含泥量控制在2%以下, 減少因砂、石含泥量過大對混凝土抗裂的不利影響;改善混凝土施工工藝。可采用二次投料法、二次振搗法、澆筑后及時排除表面積水和最上層泥漿等方法; 加強早期養(yǎng)護, 提高混凝土早期及相應(yīng)齡期的抗拉強度和彈性模量; 在大體積混凝土基礎(chǔ)表面及內(nèi)部設(shè)置必要的溫度配筋, 以改善應(yīng)力分布, 防止裂縫的出現(xiàn)。

4 結(jié)束語

在大體積混凝土施工時, 準確計算混凝土拌和溫度、混凝土出機溫度、混凝土絕熱溫升、混凝土內(nèi)部實際溫度、混凝土表面溫度及混凝土內(nèi)部與表面溫差,有利于選取適宜的施工工藝、采取相應(yīng)的降溫與養(yǎng)護措施, 從而避免出現(xiàn)混凝土溫度裂縫, 以保證混凝土結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量。

[1] 張譽主，混凝土結(jié)構(gòu)基本原理，中國建筑工業(yè)出版社[M]，2000年

[2]《混凝土質(zhì)量控制標準》GB 501 G4-92

[3] 王鐵夢，工程結(jié)構(gòu)裂縫控制，中國建筑工業(yè)出版社[M]，2002年

[4] 朱勇年，高層建筑施工（第二版），中國建筑工業(yè)出版社，2007年

[5] 趙志縉，趙 帆．高層建筑施工（第二版） 中國建筑工業(yè)出版社，2005.1

[6] 葉琳昌，沈 義．大體積混凝土施工 中國建筑出版社，1987

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1007–6344（2015）01–0011–01