大體積混凝土裂縫成因及控制措施

大體積混凝土裂縫成因及控制措施水利建設(shè)工程中大體積混凝土結(jié)構(gòu)比較多，混凝土重力壩、大型船閘、混凝土擋墻等建筑物，雖然制定時(shí)都分成好多塊，但每一塊都仍然有幾百方，甚至上千方混凝土。工程施行證實(shí)，大體積混凝土施工難度較大，混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)率較多，稍有差錯(cuò)，將會(huì)造成無(wú)法估量的損失。為了提升工程質(zhì)量，降低不必要的經(jīng)濟(jì)損失，我們一定要減少和控制裂縫的的出現(xiàn)。從裂縫的形成過(guò)程可以看到，混凝土特別是大體積混凝土之所以開(kāi)裂，主要是混凝土所承受的拉應(yīng)力大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度的結(jié)果。因此為了控制大體積混凝土裂縫，就必須從提升混凝土本身抗拉強(qiáng)度性能和降低拉應(yīng)力〔特別是溫度應(yīng)力〕這兩方面綜合合計(jì)?？估瓘?qiáng)度主要決定于混凝土的強(qiáng)度等級(jí)及組成材料，要保證抗拉強(qiáng)度關(guān)鍵在于原材料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化〔混凝土強(qiáng)度等級(jí)制定已經(jīng)確定〕，由于混凝土選用地材，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)合計(jì)，原材料優(yōu)化的空間相對(duì)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(guò)減少溫度應(yīng)力和沉縮應(yīng)力來(lái)控制溫度裂縫和沉縮裂縫。一、溫度裂縫1、溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因：一是由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差較大引起的。在混凝土結(jié)構(gòu)硬化期間，水泥釋擴(kuò)大量的水化熱，如果散熱不及時(shí)，內(nèi)部溫度就會(huì)不斷上升，使混凝土表面和內(nèi)部溫差變大。混凝土內(nèi)部膨脹高于外部，此時(shí)混凝土表面將受到很大的拉應(yīng)力，而混凝土的早期抗拉強(qiáng)度很低，因而出現(xiàn)溫度裂縫。這種溫度應(yīng)力一般在表面處較大，離開(kāi)表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生，表面層以下結(jié)構(gòu)仍堅(jiān)持完整。二是由于結(jié)構(gòu)溫差較大，受到外界的約束引起的，當(dāng)大體積混凝土澆筑在約束地基〔例如樁基〕上時(shí)，又沒(méi)有采用特別措施降低、放松或取消約束，或根本無(wú)法消除約束，則易發(fā)生深度、甚至是貫穿的溫度裂縫。2、溫度裂縫形成的過(guò)程：一般〔認(rèn)為〕分為三個(gè)時(shí)期：一是初期裂縫—就是在混凝土澆筑的升溫期。由于水化熱，混凝土澆筑后2~3天內(nèi)溫度急劇上升，內(nèi)熱外冷引起的“約束力〞超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度引起裂縫。二是中期裂縫—就是水化熱降溫期，當(dāng)水化熱溫升到達(dá)峰值后逐漸下降，水化熱散盡時(shí)結(jié)構(gòu)物的溫度接近環(huán)境溫度，此間結(jié)構(gòu)物溫度引起“外約束力〞，超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度引起裂縫。三是后期裂縫，當(dāng)混凝土接近四周環(huán)境條件之后堅(jiān)持相對(duì)穩(wěn)定，而當(dāng)環(huán)境條件劇變時(shí)，由于混凝土為不良導(dǎo)體，形成溫度梯度，當(dāng)溫度梯度較大時(shí)，混凝土產(chǎn)生裂縫。3、溫度控制：一般的，溫度裂縫的產(chǎn)生是不可避免的，重要的是如何把其控制在規(guī)范同意的范圍之內(nèi)。要進(jìn)行有效的控制，就必須進(jìn)行科學(xué)猜測(cè)，以保證控制的準(zhǔn)確性。在施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)溫度應(yīng)力的控制主要是進(jìn)行溫控。在澆筑混凝土?xí)r，采納溫度傳感片和測(cè)溫儀，從澆筑一開(kāi)始就開(kāi)始測(cè)溫〔包括入模溫度，環(huán)境溫度〕，并及時(shí)抹面壓光和養(yǎng)護(hù)〔保溫保濕〕?；炷翝仓旰笠罁?jù)溫控指標(biāo)，及時(shí)調(diào)整保溫保濕養(yǎng)護(hù)條件。溫度影響系數(shù)受多種因素影響，其中溫度、濕度、散熱界面〔土、空氣等〕，初凝時(shí)間、風(fēng)速、溫差等影響較大，特別是風(fēng)速和溫差較大時(shí)，溫度影響系數(shù)？大大降低，最高溫升將降低，這與我們的實(shí)測(cè)結(jié)果是相吻合的。但為防止降溫過(guò)快，形成大的溫度梯度，夏季選用蓄水養(yǎng)護(hù)，秋冬季加蓋草袋、海綿如果工地氣候風(fēng)大、干燥特征拆模后及時(shí)采用防風(fēng)，保溫措施，并及時(shí)回填土，結(jié)果證實(shí)這些方法對(duì)溫度影響系數(shù)的改變是非常有用的，事實(shí)說(shuō)明控制也是非常成功的。二、沉縮裂縫混凝土沉縮裂縫在大體積混凝土〔特別是泵送大流態(tài)混凝土〕施工中也是常常發(fā)生的。主要原因是振搗不密實(shí)，沉實(shí)不夠；或者骨料下沉，表層浮漿過(guò)多，混凝土澆筑后，沒(méi)有及時(shí)抹光壓實(shí)〔特別是初凝前的二次拌壓〕；如果表面覆蓋再不及時(shí)，受風(fēng)吹日曬，表面水份散失快，產(chǎn)生干縮，混凝土早期強(qiáng)度低，不能抵抗干縮變形而導(dǎo)致開(kāi)裂。在施工中采納緩凝型泵送劑，延緩混凝土的凝結(jié)硬化速度，充分利用外加劑〔特別是緩凝劑〕的特性，適時(shí)增加抹壓次數(shù)，消除表面裂縫〔特別是沉縮裂縫和初期溫度裂縫〕，特別是初凝前的抹壓，這對(duì)消除表面裂縫是有效的。三、減少大體積混凝土裂縫的措施1、選擇合適水泥和嚴(yán)格控制水泥用量為減少水泥用量，優(yōu)先采納52.5R、42.5R一般硅酸鹽水泥等高標(biāo)號(hào)水泥。選用低熱水泥，減少水化熱，降低混凝土的溫升值。并盡量選用后期強(qiáng)度〔90或120天〕進(jìn)行配合比制定，降低水泥用量，并延緩峰值。在滿足制定強(qiáng)度和混凝土可泵性的前提下，將42.5R水泥用量控制在450kg/m3，52.5R水泥用量控制在360kg/m3，以降低混凝土最高溫升，降低混凝土所受的拉應(yīng)力。2、嚴(yán)格控制骨料級(jí)配和含泥量選用5~40mm連續(xù)級(jí)配碎石(其中5~20mm級(jí)配含量55％左右)，細(xì)度模數(shù)2.80-3.00的中砂(通過(guò)0.315n凹篩孔的砂不少于15％)，砂率控制在40％-45％。砂、石含泥量控制在1％以內(nèi)，并不得混有有機(jī)質(zhì)等雜物，杜絕使用海砂。3、選擇適當(dāng)外加劑依據(jù)制定要求，混凝土中摻加一定用量外加劑，如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等。適當(dāng)摻加外加劑能提升混凝土的和易性，使用水量減少20％左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延長(zhǎng)到5h左右。4、選擇優(yōu)化配合比優(yōu)化混凝土配合比，選用優(yōu)良級(jí)配的骨料，嚴(yán)格控制砂石質(zhì)量，降低水灰比，并在混凝土中摻加粉煤灰和外加劑等，以降低水泥用量，減少水化熱，以降低混凝土溫升，從而可以降低混凝土所受的拉應(yīng)力。5、采納切實(shí)可行的施工工藝依據(jù)泵送大體積混凝土的特點(diǎn)，采納“分段定點(diǎn)，一個(gè)坡度，薄層澆筑，循序推動(dòng)，一次到頂〞的施工方法。這種自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能較好地適應(yīng)泵送工藝，避免混凝土輸送管道常常拆掉、沖洗和接長(zhǎng)，從而提升泵送效率，保證上下層混凝土澆筑間隔不超過(guò)初凝時(shí)間。依據(jù)混凝土泵送時(shí)自然形成一個(gè)坡度的實(shí)際狀況，在每個(gè)澆筑帶的前后布置兩道振動(dòng)器，第一道布置在混凝土出料口，主要解決上部混凝土的振實(shí)；由于底層鋼筋間距較密，第二道布置在混凝土坡腳處，以保證下部混凝土密實(shí)。隨著澆筑的推動(dòng)，振動(dòng)器也相應(yīng)跟上，以保證整個(gè)高度上混凝土的質(zhì)量。由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚，故澆筑結(jié)束后須在初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍，打磨壓實(shí)，以閉合混凝土的收水裂縫。6、嚴(yán)格控制混凝土入模溫度大體積混凝土最好選在春秋季施工，以降低混凝土入倉(cāng)溫度。如果確需在夏季施工，最好采用有效措施降低混凝土入倉(cāng)溫度。澆筑混凝土?xí)r最好不要讓混凝土在太陽(yáng)下直接爆曬?；炷涟柚魄皯?yīng)保證水泥庫(kù)通風(fēng)優(yōu)良，并對(duì)碎石灑水降溫，自來(lái)水預(yù)先放入地下蓄水池中降溫。7、適當(dāng)增加預(yù)埋件在混凝土容易發(fā)生裂縫的部位埋設(shè)應(yīng)力應(yīng)變傳感片，直接測(cè)試?yán)瓚?yīng)力，以便更直接控制混凝土養(yǎng)護(hù)〔調(diào)節(jié)保溫保濕養(yǎng)護(hù)條件，保證溫度梯度〕，保證混凝土不裂縫。在基礎(chǔ)面上加設(shè)鐵絲網(wǎng)或小直徑鋼筋網(wǎng)，以提升混凝土表面抗裂性〔中間溫度筋可去掉〕。采納“水平分層間隙〞施工方法，分兩層進(jìn)行澆筑，間隙時(shí)間7d以上，分層厚度各1.5m，抗縮鋼筋網(wǎng)設(shè)置在下層1.5m的上表面。在工期同意的狀況下，這種施工方法可降低內(nèi)部最高溫升，減少人力、材料及機(jī)械設(shè)備的投入。8、改善施工技術(shù)施工時(shí)強(qiáng)化插筋四周混凝土的振搗、抹壓、養(yǎng)護(hù)。由于鋼筋是熱的良導(dǎo)體，易產(chǎn)生大的溫度梯度，這是容易產(chǎn)生裂縫的一個(gè)主要部位。強(qiáng)化初凝前的抹壓，以消除初期裂縫，并強(qiáng)化早期養(yǎng)護(hù)，提升混凝土抗拉強(qiáng)度。9、強(qiáng)化混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)混凝土澆筑后，應(yīng)盡快回填土。土是混凝土最好的養(yǎng)護(hù)材料之一。目前這是混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)的最有效方法，對(duì)預(yù)防裂縫是非常有益的。如采納蓄水法保溫養(yǎng)護(hù)，在混凝土施工期間可通入冷卻循環(huán)水，以便加快承臺(tái)內(nèi)部熱量的散發(fā)。如采納內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護(hù)周期，關(guān)于超厚大體積混凝土施工尤其適用。10、強(qiáng)化技術(shù)管理強(qiáng)化原材料的檢驗(yàn)、試驗(yàn)工作。施工中嚴(yán)格按照施工方案及技術(shù)交底的要求指導(dǎo)施工，明確分工，責(zé)任到人。強(qiáng)化計(jì)量監(jiān)測(cè)工作，定時(shí)檢查并做好具體記錄。認(rèn)真對(duì)待混凝土澆筑過(guò)程中可能出現(xiàn)的冷縫，并采用措施加以杜絕。在變截面施工前，一定要強(qiáng)化猜測(cè)，并保證猜測(cè)的科學(xué)性。同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中，要切實(shí)落實(shí)施工方案。11、強(qiáng)化混凝土的測(cè)溫工作為及時(shí)掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值，在大體積混凝土內(nèi)埋設(shè)假設(shè)干個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，采納L形布置，每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)埋設(shè)2根測(cè)溫管，1根管底埋置于混凝土的中心位置，測(cè)量混凝土中心的最高溫升，另一根管底距混凝土上表面100mm，測(cè)量混凝土的表面溫度，測(cè)溫管均露出混凝土表面100mm。用100℃的紅色水銀溫度計(jì)測(cè)溫，以方便讀數(shù)。第l~5d每2h測(cè)溫1次，第6d后每4h測(cè)溫1次，測(cè)至溫度穩(wěn)定為止。從已有施工經(jīng)驗(yàn)的測(cè)溫狀況看，混凝土內(nèi)部溫升的高峰值一般在3.5d內(nèi)產(chǎn)生，3d內(nèi)溫度可上升到或接近最大溫升，內(nèi)外溫差值在20℃左右，控制在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。12、其它看法如果大體積混凝土采納泵送工藝，泵送過(guò)程中，常會(huì)發(fā)生輸送管堵塞故障。所以提升混凝土的可泵性十分重要。須合理選擇泵送壓力，泵管直徑，輸送管線布置應(yīng)合理。泵管上須遮蓋濕麻袋，并常常淋水散熱。混凝土中的砂石要有優(yōu)良的