大體積混凝土裂縫的施工控制技術(shù)

1、大體積混凝土裂縫的施工控制技術(shù)、裂縫的產(chǎn)生機(jī)理1、塑性沉降裂縫在大體積混凝土施工中，常采用斜面分層來保證混凝土施工的連續(xù) 性。在混凝土施工中，如 圖1所示分層施工，A B1 B2C1 C2 - C3 D。在C1施工時(shí)，B段的混凝土振搗已比較密實(shí)，C1段施工的振搗會(huì) 使B1段混凝土受到擾動(dòng)而向C1段流動(dòng)，從而在0點(diǎn)形成空洞或不密實(shí) 狀態(tài)。這種空洞或不密實(shí)狀態(tài)是由于混凝土的可塑性和振搗沉降產(chǎn)生的, 鋼筋的存在和施工人員的忽視加劇了不密實(shí)狀態(tài)或空洞的產(chǎn)生?；炷列纬蓮?qiáng)度后，在0點(diǎn)處的混凝土強(qiáng)度很低或完全沒有強(qiáng)度?；炷猎? 點(diǎn)處的空洞或裂縫，稱作塑性沉降裂縫。塑性沉降裂縫產(chǎn)生于大體積混 凝土斜面分層

2、的施工中。混凝土分層澆筑示意怪塑性沉降裂縫的危害是顯而易見的，它使工程實(shí)體局部應(yīng)力集中,空洞中的鋼筋易于腐蝕。而一系列的裂縫的存在，將嚴(yán)重影響工程實(shí)體質(zhì)量。更重要的是，塑性沉降裂縫總出現(xiàn)在工程實(shí)體的內(nèi)部，難以發(fā)現(xiàn),因此也必將成為工程質(zhì)量隱患。2、塑性收縮裂縫在混凝土中，不同物質(zhì)的收縮性和流動(dòng)性不相同。表1材料混凝土砂漿水泥漿收縮性0.3%0.6%0.5%1%12%流動(dòng)性差較好好在許多混凝土的施工中，振動(dòng)棒充當(dāng)著一系列的角色：扒平、振搗等?；炷潦┕み^程如 圖2、圖3所示。在施工中，重復(fù)圖2和圖3的施工過程，最終造成漿骨分離，在 LL線和兩端形成水泥漿、砂漿帶,因混凝土、砂漿、水泥漿收縮性的不同

3、而形成貫穿裂縫?；炷凉芪窗瞧秸駝?dòng)棒振搗后的混凝土塑性沉降裂縫產(chǎn)生于混凝土材料的收縮性和流動(dòng)性不相同，它所產(chǎn)生的貫通裂縫使工程實(shí)體不再是一個(gè)整體，因而必將導(dǎo)致工程質(zhì)量事故或工程返工。3、干收縮裂縫混凝土在振搗過程中，混凝土表面會(huì)聚集一層水泥漿和砂漿。在形成強(qiáng)度的過程中，水泥漿和砂漿因有較強(qiáng)的收縮性而容易在混凝土的表面形成干收縮裂紋（龜裂）。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，在相同溫度下，微風(fēng)和無風(fēng),混凝土表面的水蒸發(fā)量相差11倍。缺少覆蓋養(yǎng)護(hù)的混凝土，很容易形成干收縮表面裂紋。在有風(fēng)吹的情況下，其干收縮裂紋很容易向縱深發(fā)展,有表面裂縫轉(zhuǎn)化為貫穿裂縫。干收縮裂紋一般發(fā)生在缺乏養(yǎng)護(hù)的混凝土表面，為表面裂縫，它漿影響混凝

4、土的表觀質(zhì)量。4、溫度裂縫大體積混凝土在硬化過程中，水泥釋放大量水化熱，使實(shí)體中部產(chǎn) 生較高溫度，而混凝土表面和邊界受氣溫影響，溫度較低，這樣形成較 大內(nèi)外溫差。內(nèi)外溫差的存在和物體熱脹冷縮的物理性質(zhì)，使混凝土內(nèi) 部產(chǎn)生壓應(yīng)力，在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土表面的拉應(yīng)力超過 混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生表面裂縫。該裂縫多發(fā)生在混凝土升溫階 段。而當(dāng)大體積混凝土降溫產(chǎn)生的收縮和混凝土自身收縮受到地基或基 礎(chǔ)約束時(shí)，在截面中產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)， 便會(huì)產(chǎn)生貫穿裂縫。該裂縫多發(fā)生在混凝土降溫階段。溫度控制使大體積混凝土控制的關(guān)鍵，溫度控制失敗必將導(dǎo)致混凝 土產(chǎn)生表面裂縫和貫通

5、裂縫，嚴(yán)重影響混凝土的質(zhì)量，造成工程質(zhì)量事 故或工程返工。5、超荷載裂縫現(xiàn)澆鋼筋混凝土大多帶裂縫正常工作，當(dāng)工程實(shí)體在超荷載狀態(tài)下 工作時(shí)，素混凝土、現(xiàn)澆鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土都有可能產(chǎn)生破壞 型裂縫。超荷載裂縫是工程實(shí)體超負(fù)荷工作的結(jié)果，是在使用過程中出 現(xiàn)的，它不屬于工程質(zhì)量問題，加強(qiáng)管理是完全可以避免的。6、碳化裂縫混凝土中水泥水化的主要成分是氫氧化物，隨著時(shí)間的推移會(huì)緩慢 的與空氣中 CO2 發(fā)生化學(xué)反映，這個(gè)過程就是碳化。碳化形成一些低強(qiáng) 度的碳酸鹽，降低了工程實(shí)體的強(qiáng)度，同時(shí)降低了工程實(shí)體的PH值，使 鋼筋缺少保護(hù)而腐蝕。碳化體現(xiàn)了工程實(shí)體的耐久性。在不添加任何外加劑和摻料，混凝

6、土的使用年限僅為 50 年。當(dāng)添加一定量的粉煤灰后，其使用年限可以達(dá)到100年甚至更長(zhǎng)?？梢娫谄胀?混凝土中添加一定量的粉煤灰等摻合料可以較大的提高實(shí)體的耐久性。二、裂縫控制技術(shù)及措施1、采用科學(xué)的施工技術(shù)1.1控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度要降低大體積混凝土的最高溫度，首先得控制混凝土出機(jī)溫度和澆 筑溫度?；炷恋某鰴C(jī)溫度與原材料有如下關(guān)系:混凝土出機(jī)溫度T砼=0.2X（ G 水泥 X T 水泥 + G 粉煤灰X T粉煤灰 + G 砂石料 X T 砂石料 ）+ G水X T水0.2X（ G 水泥 + G 粉煤灰 + G 砂石料 ）+ G水由公式可知，水和骨料的溫度對(duì)混凝土出機(jī)溫度影響較大，控制水

7、和骨料的溫度就可以降低混凝土出機(jī)溫度。由計(jì)算可知，骨料每降低1C, 混凝土最高溫度可以降低0.6C。在具體施工中可采取加冰拌和，砂石料 遮陽覆蓋，送管道用草袋包裹灑水降溫等技術(shù)措施，可以較好地降低骨 料地溫度。下面主要介紹用 噴淋法”（如圖4所示）降低混凝土出機(jī)溫 度。試驗(yàn)證明，離地表深度大于20m的地下水溫低于20C。砂石料采取 搭棚、黑布遮陽覆蓋、深井取水噴淋砂石料，可以保證砂石料溫度低于 25C。用混凝土的出機(jī)溫度計(jì)算公式可知，混凝土的出機(jī)溫度可控制在 25C以內(nèi)。1.2攪拌和振搗工藝1.2.1攪拌混凝土拌和是保障混凝土強(qiáng)度的重要工序之一，按試驗(yàn)室配置的混凝土配合比進(jìn)行施工，并攪拌足夠長(zhǎng)

8、的時(shí)間，才能保證混凝土的塌落度、 可泵性和強(qiáng)度等要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和需要，有特殊要求或高性能混凝 土，均需添加外加劑和摻和料，如減水劑、粉煤灰等。而拌和是保證摻 和料和外加劑發(fā)揮作業(yè)的關(guān)鍵。減水劑：水泥與水在一塊兒，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熟石灰Ca(0H)2，形成 蜂窩狀物(熟石灰包裹著水)，如圖5所示:水泥水化產(chǎn)生的蜂為L(zhǎng)厭物 圖 5蜂窩狀的存在，嚴(yán)重影響著混凝土的密實(shí)度及強(qiáng)度。蜂窩狀物中的 水占拌和用水的40%60%,減水劑的作用就是打破蜂窩狀，并減掉這 些不用于水泥水化的水。減水劑發(fā)揮作用有一個(gè)時(shí)間過程，一般不得少 于三分鐘。粉煤灰：粉煤灰自己不能硬化,必須與水泥均勻混合才能硬化并形 成強(qiáng)度。如果

9、拌和時(shí)間短,粉煤灰的分部不均必然會(huì)在混凝土中形成沒 有強(qiáng)度的粉煤灰塊,影響混凝土的整體質(zhì)量。無論是減水劑、粉煤灰還是其它一些摻和料和外加劑,必須充分拌 和,以保證將其均勻加入混凝土中并發(fā)揮其應(yīng)有的作用。拌和不充分, 混凝土的強(qiáng)度將大打折扣,從而達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。采用二次投料和二次振搗等新施工工藝,可以提高混凝土的強(qiáng)度。1.2.1振搗充分振搗,是保證混凝土密實(shí)的關(guān)鍵。塑性沉降裂縫及縮性收縮裂 縫的形成,都與振搗有直接的聯(lián)系。在振搗過程中,先扒平后振搗,可以避免塑性收縮裂縫的產(chǎn)生。如圖 6 所示,在使用滑槽時(shí),用振搗棒振搗代替扒平,必然造成水、漿、 骨分離,人為造成泌水；而拌和不充分,致使混凝土在澆

10、筑時(shí)外加劑和 水把空氣包裹在一起,水、漿、骨分離過程中形成氣泡。解決這一問題, 首先得做到充分拌和,使減水劑達(dá)到減水的作用,其次是在振搗上下功 夫,先扒平后振搗,及時(shí)清除浮混凝土上的氣泡和水。其它一些振搗先后順序的不同,也影響著混凝土的質(zhì)量。如 圖 7 所 示,由中央向四周振搗混凝土,沒有扒平的混凝土很容易使水帶著灰漿 流向四周, 已扒平的混凝土底部的灰漿會(huì)也會(huì)在壓力的作用下流向四周。7混凝土在形成強(qiáng)度后，拆模時(shí)容易掉皮，使得外觀質(zhì)量難以保障。采用 先四周后中央的振搗順序，可以讓部分灰漿流向中間便于及時(shí)清理，同 時(shí)保證了外觀質(zhì)量。由于塑性狀態(tài)的混凝土受壓容易泌水，因此應(yīng)控制大體積混凝土的澆筑厚

11、度，一般大體積混凝土澆筑層都控制在4m以內(nèi)?；炷翝{骨分離示意圖圖 6混凝土灰漿流動(dòng)示意圖圖1.3 合理選擇混凝土澆筑方案大體積混凝土根據(jù)連續(xù)澆注的要求及構(gòu)造物體型特征，可采用分層 連續(xù)澆筑或分段分層踏步式推進(jìn)的澆筑方法。一般情況下，應(yīng)盡量采用 分層連續(xù)澆筑。對(duì)于工程量較大，澆筑面積也大，一次連續(xù)澆筑層厚度 不大，且澆筑能力不足時(shí)的混凝土工程，宜采用分段分層踏步式推進(jìn)的 澆筑方法。施工時(shí)應(yīng)適當(dāng)放慢澆注速度，利用混凝土澆注面層散熱，但 必須在混凝土初凝前澆注下一層混凝土。對(duì)于厚度較大地混凝土結(jié)構(gòu)物，可分兩層或多層澆注。1.4 做好混凝土的表面處理在側(cè)模留設(shè)孔洞將澆筑混凝土過程中形成的泌水排出。收

12、面前，排 除混凝土表面泌水，用長(zhǎng)刮尺刮平；在初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍，再用 木蟹打磨壓實(shí)，以閉合收水裂縫；在終凝前再次用木蟹用力壓實(shí)抹平， 然后灑水覆蓋養(yǎng)護(hù)。做好混凝土的表面處理和前期養(yǎng)護(hù)，可以有效控制 混凝土產(chǎn)生干收縮裂縫。1.5 加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)加強(qiáng)大體積混凝土的早期養(yǎng)護(hù)，既有利于保溫，避免混凝土內(nèi)外溫 差過大，還可避免混凝土由于失水而干縮。大體積混凝土養(yǎng)護(hù)根據(jù)工程的具體情況，可采用薄膜加草袋或土工 布的養(yǎng)護(hù)方法。從理論上講，0.18 0.2的水灰比即可以滿足水泥水化, 遠(yuǎn)低于混凝土 0.4 左右的水灰比，其余的水主要用于混凝土拌和和施工。因此，采用薄膜加草袋或土工布的覆蓋養(yǎng)護(hù)方法，不必要澆

13、水或浸泡養(yǎng) 護(hù)，同時(shí)保證了混凝土不至于因風(fēng)吹而干裂?？刂拼篌w積混凝土內(nèi)外溫差，是大體積混凝土養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵，一般采用“內(nèi)排、外?！钡却胧┻M(jìn)行控溫養(yǎng)護(hù)。“內(nèi)排”采用循環(huán)冷卻法等措 施，排出混凝土內(nèi)部熱量，降低混凝土內(nèi)部溫度；“外?！辈扇⌒顭岜?溫措施，即在混凝土表面采取保溫措施，控制混凝土內(nèi)外溫差及表面與空氣溫差，避免混凝土出現(xiàn)表面裂縫和貫穿裂縫。對(duì)大體積的混凝土實(shí)體地下部分，如有條件，應(yīng)及早回填。內(nèi)排、外?！钡闹饕幸韵乱恍┐胧?.5.1循環(huán)水冷卻法大體積混凝土中埋設(shè)冷卻水管，可有效地釋放混凝土內(nèi)部的熱量， 降低混凝土內(nèi)部的溫度，減小混凝土內(nèi)部與表面溫差。冷卻水管大多采 用直徑為2540mm的薄

14、壁鋼管，按照中心距1.0 1.5m交錯(cuò)排列，水管 上下間距一般也為1.01.5m,并通過立管相連接。采用冷卻水管必須加強(qiáng)施工過程控制和溫度控制。施工中冷卻水管 容易造成縮性沉降裂縫；溫度控制不當(dāng)容易造成“人為溫度裂縫”。當(dāng) 水管中的循環(huán)水低于25C，而混凝土內(nèi)部溫度高于50 C時(shí)，事實(shí)上人為 造成了溫度差高于25C，從而容易形成人為溫度裂縫。因此，循環(huán)水冷 卻法應(yīng)該加強(qiáng)溫度監(jiān)控。如 圖 8 所示：在水管的進(jìn)出口設(shè)置開關(guān)，進(jìn)口閥門控制進(jìn)水速度，出口閥門保證 水灌滿水管；在進(jìn)水口設(shè)置溫度計(jì)和在混凝土中（ 圖 9 A 點(diǎn)）預(yù)埋測(cè)溫 片（如熱敏電阻等測(cè)溫設(shè)施） ，監(jiān)控水管中水流溫度和混凝土溫度。通過

15、調(diào)節(jié)水管中水流速度來調(diào)節(jié)水管中的水溫，以保證混凝土 “A點(diǎn)”溫度和水 溫差在25C以內(nèi)，避免“人為溫度裂縫”的產(chǎn)生。埋設(shè)冷卻冷卻混凝土作為一種常規(guī)的大體積混凝土降溫法，其技術(shù) 在實(shí)踐中得到了認(rèn)可，并廣泛應(yīng)用于大體積混凝土的施工中。水管 溫度計(jì)溫4+養(yǎng)水閥門嚴(yán)k進(jìn)水口進(jìn)水閥門出水口冷卻水管平面示意圖水管OO汽嚴(yán)放熱敏電隕J點(diǎn)OOOO A點(diǎn)異OOO冷卻水管立面示意圖1.5.2豎管法豎管間距2m,采用200的薄壁鋼管，高出設(shè)計(jì)混凝土面 20cm成 梅花型布置，測(cè)溫片布置在三根相鄰 2m的豎管中間，如 圖10、圖11所示。豎管（200）20crnn 焊點(diǎn):則片焊點(diǎn)豎管立面布置示意圖10通過監(jiān)控混凝土溫

16、度，補(bǔ)充冷水調(diào)節(jié)水管水溫，使管中水溫比混凝土溫度低515C,達(dá)到降低混凝土溫度的目的。使用豎管法，可以避免 縮性沉降裂縫和“人為溫度裂縫”的產(chǎn)生。1.5.3外保在混凝土的溫度控制中，提高混凝土表面溫度是降低內(nèi)外溫差必不可少的措施。離地面較低的混凝土實(shí)體，可以采用搭棚、電爐燒水蒸氣2m豎管平面示意圖11提溫養(yǎng)護(hù)，墩臺(tái)可采用延遲拆模時(shí)間，或采用土工布加電熱毯覆蓋加熱 等方法養(yǎng)護(hù)。2、合理選用原材料2.1合理選擇水泥品種及摻和劑，減少水化熱對(duì)大體積混凝土工程應(yīng)選用水化熱較低、凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)的水泥。如:摻有混合材料的礦渣水泥，不宜選用水化熱較大的硅酸鹽水泥。2.2 合理選用骨料采用級(jí)配合理的骨料在滿足施

17、工條件的前提下，大體積混凝土工程， 宜選用粒徑較大、級(jí)配優(yōu)良的骨料，以減少用水量和水泥用量、混凝土的收縮和泌水性。粗骨料中的針、片狀顆粒按重量計(jì)應(yīng)不大于15。砂 宜選用中粗砂。2.3 合理選用外加劑對(duì)大體積混凝土，除選用水化熱較低的水泥和顆粒較大、級(jí)配優(yōu)良 的骨料，還要選用合適的水灰比，適量的摻加減水劑、緩凝劑、粉煤灰 等，達(dá)到減小水灰比、降低水泥用量，改善混凝土的和易性、粘聚性和 保水性，降低溫差，提高混凝土的抗裂、抗凍和抗?jié)B性能。采用 UEA 補(bǔ) 償收縮混凝土：在混凝土內(nèi)摻水泥用量 10%12%的UEA型混凝土膨脹 劑，以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的無縫施工。面主要介紹添加粉煤灰對(duì)混凝土的影響：粉煤灰作

18、為一種摻和料，必須與水泥均勻混合才能硬化并形成強(qiáng)度。均勻添加到混凝土中粉煤灰，對(duì)混凝土的性能有較大的影響：它可以取 代部分水泥，從而降低了水化熱，試驗(yàn)證明，每摻 10Kg 粉煤灰，水化熱 降低0.81C;它可以降低水膠比，破壞部分水泥和水拌和產(chǎn)生的蜂窩 狀物，減少用水量；最重要的是，它可以提高混凝土的后期強(qiáng)度（耐久 性）。正因?yàn)榉勖夯逸^大的提高了混凝土的耐久性，因此廣泛應(yīng)用于高性 能混凝土和大體積混凝土。 如圖12所示， 圖為普通混凝土、 添加 20和 30粉煤灰的混凝土耐久性強(qiáng)度示意圖。般大體積混凝土的施工工期較長(zhǎng)，上部荷載逐步施加，而粉煤灰的后期強(qiáng)度較好，因此可以考慮采用齡期為 4560 天強(qiáng)度代替 28 天強(qiáng)度，以進(jìn)一步減少水泥用量。十普通砼亠摻加20%粉煤灰摻加30%粉煤灰圖123、提高施工人員的施工水平施工人員擁有較高的施工水平是工程質(zhì)量的保證。拌和、振搗、養(yǎng)護(hù)等一系混凝土施工過程，大部分都是人工控制的。因此，施工人員的 施工水平直接影響著混凝土工程實(shí)體的質(zhì)量。從混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理 來看，塑性沉降裂縫、塑性收縮裂縫和干收縮裂縫是可以通過提高施工 人員施工水平和素質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。如果施工人員擁有較高的施工水平，可 以提高施工效率，更好的落實(shí)技術(shù)人員提出的施工要求，可以發(fā)現(xiàn)施工 過程中出現(xiàn)的問題等。因此，提高施工人員的施工水平和素質(zhì)，是工程 順利施工