大體積混凝土施工裂縫成因分析及防止措施

1、1 工程概況某特大橋主橋?yàn)閱嗡p索面鋼箱梁斜拉橋,跨徑為705 m ,門型主塔,主塔承臺(tái)啞鈴形尺寸為2 ×(19 m ×19 m ×6 m) + (31 m×8 m ×6 m) ,C30 混凝土共計(jì)5 820 m3 ,混凝土數(shù)量和結(jié)構(gòu)體積均較大,如何防止承臺(tái)混凝土開裂成為本分部工程的重點(diǎn),為此對(duì)大體積混凝土裂縫成因進(jìn)行了分析,施工中采取了一些針對(duì)性的措施,最后成功完成了該承臺(tái)工程的施工。2 大體積混凝土裂縫成因分析1) 大體積混凝土在硬化期間,水泥水化釋放大量熱量,使混凝土中心區(qū)域溫度升高,而混凝土表面和邊界由于受氣溫影響溫度相對(duì)較低,從而在斷

2、面上形成較大的溫差,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,由于初期混凝土強(qiáng)度很低,表面可能出現(xiàn)拉應(yīng)力超過混凝土容許拉應(yīng)力而開裂。2) 混凝土澆筑2 d3 d 內(nèi),水化熱不斷進(jìn)行,溫度升至最高點(diǎn),到達(dá)最高點(diǎn)后,混凝土散熱溫度開始下降引起混凝土收縮,加上水分的散失,使混凝土收縮加劇,這種收縮在受到邊界約束后產(chǎn)生拉應(yīng)力,可能引起混凝土斷面產(chǎn)生貫穿性裂縫。3) 混凝土結(jié)構(gòu)熱的擴(kuò)散速度與其最小尺寸的平方成反比,大尺寸結(jié)構(gòu)對(duì)熱的擴(kuò)散十分緩慢,造成混凝土較大的溫差,從而引起產(chǎn)生裂縫的體積變化。3 針對(duì)大體積混凝土裂縫成因而采取的防開裂措施防止早期熱引起混凝土開裂主要考慮三個(gè)方面的因素:1) 在澆筑的混凝土

3、結(jié)構(gòu)中溫度的變化情況;2) 剛澆筑的混凝土的力學(xué)性能;3) 基礎(chǔ)或鄰接結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的約束程度。防止大體積混凝土施工裂縫主要以預(yù)防為主,具體做法是采取適當(dāng)措施控制混凝土溫度升高及其變化速度在一定范圍內(nèi),使混凝土內(nèi)部與表面溫差小于25 30 ,溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度,具體措施如下。3. 1 降低混凝土發(fā)熱量1) 采用低水化熱水泥和降低水泥用量, 水泥用量控制在275 kg/ cm3 以內(nèi)。2) 采用雙摻技術(shù)。摻入粉煤灰和KJ245L 高效緩凝減水劑,粉煤灰采用超量代換法, 摻入量為95 kg/ m3 , 占膠凝材料的25. 6 %,采用高效緩凝減水劑,可減少用水量和水泥用量,

4、同時(shí)延緩混凝土早期的強(qiáng)度發(fā)展。3) 應(yīng)用顆粒形狀好和級(jí)配好的骨料。級(jí)配好的骨料可減少所需的膠凝材料,避免用砂量過多,控制骨料(砂、石) 的含泥量,以減少混凝土的收縮,提高混凝土的極限抗拉強(qiáng)度。4) 采用低流動(dòng)性混凝土。只要施工方便,盡可能用低坍落度混凝土,因?yàn)槠溆盟可?有利于降低溫度,減少收縮。5) 利用混凝土的后期強(qiáng)度?？蓽p少水泥用量,大體積混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑完畢后往往要有較長(zhǎng)一段時(shí)間才承受荷載,因此可用60 d 或90 d 的混凝土強(qiáng)度。3. 2 降低混凝土澆筑溫度外界氣溫愈高,混凝土的澆筑溫度也愈高,混凝土溫度提高將加速水泥的水化反應(yīng),混凝土達(dá)到最高溫度的時(shí)間縮短了,因而減少了可利用的散

5、熱時(shí)間,不利于降低混凝土的最高溫度;混凝土澆筑溫度增高會(huì)降低其和易性,為達(dá)到同樣的和易性需增加用水量,降低混凝土澆筑時(shí)的入模溫度,可以減少混凝土內(nèi)部熱量的總量,為避免混凝土開裂具有較好的效果,因此降低混凝土澆筑溫度尤為重要,具體方法如下:1) 降低材料溫度。剛出廠的散裝水泥溫度可高達(dá)70 以上,應(yīng)予以避免,采用多個(gè)水泥儲(chǔ)罐,將所需水泥備足,避免散裝水泥剛出廠就用于施工,集料應(yīng)避免陽光直射,或者噴水冷卻集料。2) 降低拌合用水溫度。溫度升高1 水吸收的熱量是水泥和集料的約4. 5 倍,所以采用冷卻水拌和可以有效地降低混凝土的溫度。本工程采用冷卻機(jī)冷卻拌合用水,使拌合用水控制在10 以下,有效地控

6、制了混凝土的入模溫度,使其全部控制在30 以下。3) 分塊分層澆筑混凝土。結(jié)構(gòu)水平尺寸愈大約束愈大,大體積混凝土結(jié)構(gòu)往往根據(jù)攪拌能力和澆筑能力劃分成若干塊進(jìn)行澆筑,本工程承臺(tái)共分兩層澆筑,第一層澆筑厚度為2. 2 m ,混凝土量為2 134 m3 ,第二層澆筑厚度為3. 8 m ,混凝土量為3 686 m3 。4) 埋設(shè)冷卻水管。埋設(shè)水管用連續(xù)流動(dòng)的冷水可以降低混凝土溫度,也可以將混凝土塊體冷卻到穩(wěn)定的體積;承臺(tái)第一層埋設(shè)兩層冷卻管,間距為1 m ,下層距底0. 7 m ,上層距頂0. 5 m , 同層冷卻管間距為1. 5 m ,冷卻管直徑為2. 5 cm ,管厚為1. 5 mm的鋼管。第二層

7、埋設(shè)3 層冷卻管,間距為1. 2 m ,下層距底為0. 7 m ,上層距頂為0. 7 m ,同層冷卻管間距為1. 5 m ,每層冷卻管配兩臺(tái)潛水泵,在混凝土蓋過冷卻管時(shí)由專人負(fù)責(zé)往冷卻管內(nèi)泵入涼水降溫,冷卻水流量大于0. 9 m3/ h ,持續(xù)養(yǎng)生7 d ,通過冷卻水帶走混凝土體內(nèi)的熱量。為了避免使混凝土開裂的太陡的溫度梯度,冷卻速度應(yīng)控制在每天溫度下降0. 6 左右為宜。5) 加強(qiáng)混凝土澆筑時(shí)的控制。澆筑混凝土?xí)r,采用薄層澆筑,保證混凝土在澆筑過程中均勻上升,避免混凝土拌合物堆積高差過大,混凝土的分層厚度應(yīng)控制在20 cm30 cm。采用插入式振搗器,加強(qiáng)振搗,以獲得密實(shí)的混凝土,提高密實(shí)度

8、和抗拉強(qiáng)度,澆筑后及時(shí)排除表面積水,進(jìn)行二次抹面,防止早期裂縫的出現(xiàn)。6) 表面保溫與保濕。防止開裂的一個(gè)重要原則是盡可能保持新混凝土不失去水分,溫度降低在一定范圍內(nèi)?；炷猎诔跄?內(nèi)部熱量散失慢,而外表面與大氣接觸,表面熱量散失較快,如果不采取保溫措施,當(dāng)內(nèi)外溫差較大時(shí)就容易引起裂縫產(chǎn)生。如果不能保持混凝土表面濕潤(rùn),防止水分蒸發(fā),那么混凝土表面干燥同樣會(huì)引起收縮裂縫。保溫保濕的具體方法是在混凝土澆筑后,在混凝土表面用土工布覆蓋一層,再用麻袋覆蓋兩層,并用冷卻管的出水灑水養(yǎng)生。盡量晚拆模,并在拆模后立即回填土,利用回填土來進(jìn)行保溫,使混凝土緩慢降溫,緩慢干燥,減小混凝土內(nèi)外溫差。3. 3 溫度監(jiān)測(cè)加強(qiáng)對(duì)混凝土溫度的測(cè)量,隨時(shí)掌握混凝土溫度變化情況,為混凝土的防裂提供了科學(xué)依據(jù),確保了混凝土溫度變化在允許的范圍內(nèi),實(shí)施中承臺(tái)混凝土入模溫度控制在28 30 以內(nèi),經(jīng)過2 d3 d 后中心溫度達(dá)到最高,4 d 天后開始降溫,經(jīng)過10 d12 d 降溫階段