大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治措

施本文主要分析了大體積混凝土的特點及施工中的裂縫產(chǎn)生原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，特別是針對大體積混凝土的早期裂縫提出了全面的防治措施。［關(guān)鍵詞］大體積混凝土 裂縫防治隨著國家現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)的不斷加快，出現(xiàn)了一些超高層且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物及超大體積結(jié)構(gòu)物，在這些建筑物及結(jié)構(gòu)物中大體積混凝土的應(yīng)用也越來越廣泛。大體積混凝土主要存在于大型設(shè)備基礎(chǔ)、厚大樁基承臺、基礎(chǔ)底板及主要結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層和結(jié)構(gòu)梁等部位。這些部位整體性質(zhì)量要求高，質(zhì)量的好壞直接影響到結(jié)構(gòu)的安全使用，因此全面的質(zhì)量控制就顯得至關(guān)重要。從裂縫的形成過程可以看到，混凝土之所以開裂，主要是混凝土所承受的拉應(yīng)力和混凝土本身的抗拉強度之間的矛盾發(fā)展的結(jié)果。因而為了控制大體積混凝土裂縫，就必須盡最大可能提高混凝土本身抗拉強度性能和降低拉應(yīng)力（特別是溫度應(yīng)力）這兩方面綜合考慮?？估瓘姸戎饕獩Q定于混凝土的強度等級及組成材料，要保證抗拉強度關(guān)鍵在于原材料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化，從經(jīng)濟角度來考慮，混凝土原材料優(yōu)選的空間相對較小，所以降低拉應(yīng)力是控制混凝土裂縫的有效途徑，而降低拉應(yīng)力主要通過減少溫度應(yīng)力和沉縮應(yīng)力來控制溫度裂縫和沉縮裂縫。一、產(chǎn)生裂縫的主要原因如下：1、水泥水化熱水泥在水化過程中要產(chǎn)生一定的熱量，是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源。由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，所以會導(dǎo)致大量的熱量聚集，引起急劇溫升。水泥水化熱引起的絕熱溫升，與混凝土單位體積內(nèi)的水泥用量和水泥品種有關(guān)，并隨混凝土的齡期按指數(shù)關(guān)系增長，一般10d左右達到最終絕熱溫升，但由于結(jié)構(gòu)自散熱，實際上混凝土內(nèi)部的最高溫度大多發(fā)生在混凝土澆筑后的3?5d?；炷恋膶?dǎo)熱性較差，澆筑初期，混凝土的彈性模量和強度都很低，對于水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應(yīng)力也就較小。隨著混凝土齡期的逐漸增長，彈性模量和強度相應(yīng)的提高，對混凝土降溫收縮變形的約束愈來愈強，即產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，當(dāng)混凝土的抗拉強度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時，便開始產(chǎn)生溫度裂縫。2、 約束條件結(jié)構(gòu)在變形時，會受到一定的阻礙而阻擋其自由變形，該阻礙稱為約束。前面講過，約束分為外約束與內(nèi)約束。大體積混凝土由于溫度變化產(chǎn)生變形，這種變形受到約束才產(chǎn)生應(yīng)力，在全約束條件下，混凝土結(jié)構(gòu)的變形，應(yīng)是溫差和混凝土線膨脹系數(shù)的乘積，當(dāng)變形超過混凝土的極限拉伸值時，結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)裂縫。由于結(jié)構(gòu)不可能受到全約束，且混凝土還有徐變變形，所以當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差在25°C甚至到達30°C情況下混凝土也可能不開裂。3、 外界氣溫變化溫度應(yīng)力時由溫差引起的變形造成的，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，外界氣溫的變換情況對大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生有重要的影響?；炷恋膬?nèi)部溫度是澆筑溫度、水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)散熱降溫等各種溫度的疊加之和。外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也越高；如果外界溫度下降，會增加混凝土的降溫幅度，特別在外界氣溫劇降時，會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度。4、 混凝土的收縮變形混凝土的拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所需要的，其余80%都是要被蒸發(fā)掉的?；炷翋鬯嗨^程中要產(chǎn)生體積變形，多數(shù)是收縮變形，只有少數(shù)為膨脹變形，這主要取決于所采用的膠凝材料的性質(zhì)?；炷林卸嘤嗨恼舭l(fā)是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。這種干燥收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，就會產(chǎn)生收縮應(yīng)力，引起混凝土裂縫?；炷恋母稍锸湛s機理較復(fù)雜，其主要原因是混凝土內(nèi)部空隙水隨著蒸發(fā)變化時引起的毛細管引力所導(dǎo)致。這種干燥收縮在很大程度上市可自行恢復(fù)的，如果處于水飽和狀態(tài)，混凝土還可以恢復(fù)達到原有的體積。除上述干燥收縮外，混凝土還產(chǎn)生碳化收縮。二、大體積混凝土施工技術(shù)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)；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?dāng)嚢杌炷?，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?；炷羶?nèi)外溫差應(yīng)控制在25°C以內(nèi)，基面溫差和基底面溫差均控制在20°C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。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)。結(jié)語在大體積混凝土施工時，