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工程中大體積混凝土結構比較多，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，大體積混凝土施工難度較大，混凝土產生裂縫的機率較多，稍有差錯，將會造成無法估量的損失。為了提升工程質量，降低不必要的經濟損失，我們一定要減少和控制裂縫的的出現(xiàn)。從裂縫的形成過程可以看到，混凝土特別是大體積混凝土之所以開裂，主要是混凝土所承受的拉應力大于混凝土本身的抗拉強度的結果。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度性能和降低拉應力〔特別是溫度應力〕這兩方面綜合合計。抗拉強度主要決定于混凝土的強度等級及組成材料，要保證抗拉強度關鍵在于原材料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化〔混凝土強度等級制定已經確定〕，由于混凝土選用地材，從經濟角度來合計，原材料優(yōu)化的空間相對較小，所以降低拉應力是控制混凝土裂縫的有效途徑。而降低拉應力主要通過減少溫度應力和沉縮應力來控制溫度裂縫和沉縮裂縫。一、溫度裂縫1、溫度裂縫產生的主要原因：一是由于混凝土結構內外溫差較大引起的。在混凝土結構硬化期間，水泥釋擴大量的水化熱，如果散熱不及時，內部溫度就會不斷上升，使混凝土表面和內部溫差變大。混凝土內部膨脹高于外部，此時混凝土表面將受到很大的拉應力，而混凝土的早期抗拉強度很低，因而出現(xiàn)溫度裂縫。這種溫度應力一般在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內發(fā)生，表面層以下結構仍堅持完整。二是由于結構溫差較大，受到外界的約束引起的，當大體積混凝土澆筑在約束地基〔例如樁基〕上時，又沒有采用特別措施降低、放松或取消約束，或根本無法消除約束，則易發(fā)生深度、甚至是貫穿的溫度裂縫。2、溫度裂縫形成的過程：一般〔認為〕分為三個時期：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天內溫度急劇上升，內熱外冷引起的“約束力〞超過混凝土抗拉強度引起裂縫。二是中期裂縫—就是水化熱降溫期，當水化熱溫升到達峰值后逐漸下降，水化熱散盡時結構物的溫度接近環(huán)境溫度，此間結構物溫度引起“外約束力〞，超過混凝土抗拉強度引起裂縫。三是后期裂縫，當混凝土接近四周環(huán)境條件之后堅持相對穩(wěn)定，而當環(huán)境條件劇變時，由于混凝土為不良導體，形成溫度梯度，當溫度梯度較大時，混凝土產生裂縫。3、溫度控制：一般的，溫度裂縫的產生是不可避免的，重要的是如何把其控制在規(guī)范同意的范圍之內。要進行有效的控制，就必須進行科學猜測，以保證控制的準確性。在施工現(xiàn)場，對溫度應力的控制主要是進行溫控。在澆筑混凝土時，采納溫度傳感片和測溫儀，從澆筑一開始就開始測溫〔包括入模溫度，環(huán)境溫度〕，并及時抹面壓光和養(yǎng)護〔保溫保濕〕?；炷翝仓旰笠罁?jù)溫控指標，及時調整保溫保濕養(yǎng)護條件。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〕，初凝時間、風速、溫差等影響較大，特別是風速和溫差較大時，溫度影響系數(shù)？大大降低，最高溫升將降低，這與我們的實測結果是相吻合的。但為防止降溫過快，形成大的溫度梯度，夏季選用蓄水養(yǎng)護，秋冬季加蓋草袋、海綿如果工地氣候風大、干燥特征拆模后及時采用防風，保溫措施，并及時回填土，結果證實這些方法對溫度影響系數(shù)的改變是非常有用的，事實說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，沉實不夠；或者骨料下沉，表層浮漿過多，混凝土澆筑后，沒有及時抹光壓實〔特別是初凝前的二次拌壓〕；如果表面覆蓋再不及時，受風吹日曬，表面水份散失快，產生干縮，混凝土早期強度低，不能抵抗干縮變形而導致開裂。在施工中采納緩凝型泵送劑，延緩混凝土的凝結硬化速度，充分利用外加劑〔特別是緩凝劑〕的特性，適時增加抹壓次數(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號水泥。選用低熱水泥，減少水化熱，降低混凝土的溫升值。并盡量選用后期強度〔90或120天〕進行配合比制定，降低水泥用量，并延緩峰值。在滿足制定強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力。2、嚴格控制骨料級配和含泥量選用5~40mm連續(xù)級配碎石(其中5~20mm級配含量55％左右)，細度模數(shù)2.80-3.00的中砂(通過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，并不得混有有機質等雜物，杜絕使用海砂。3、選擇適當外加劑依據(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)良級配的骨料，嚴格控制砂石質量，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力。5、采納切實可行的施工工藝依據(jù)泵送大體積混凝土的特點，采納“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序推動，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，能較好地適應泵送工藝，避免混凝土輸送管道常常拆掉、沖洗和接長，從而提升泵送效率，保證上下層混凝土澆筑間隔不超過初凝時間。依據(jù)混凝土泵送時自然形成一個坡度的實際狀況，在每個澆筑帶的前后布置兩道振動器，第一道布置在混凝土出料口，主要解決上部混凝土的振實；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。隨著澆筑的推動，振動器也相應跟上，以保證整個高度上混凝土的質量。由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚，故澆筑結束后須在初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍，打磨壓實，以閉合混凝土的收水裂縫。6、嚴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溫度。澆筑混凝土時最好不要讓混凝土在太陽下直接爆曬?；炷涟柚魄皯ＷC水泥庫通風優(yōu)良，并對碎石灑水降溫，自來水預先放入地下蓄水池中降溫。7、適當增加預埋件在混凝土容易發(fā)生裂縫的部位埋設應力應變傳感片，直接測試拉應力，以便更直接控制混凝土養(yǎng)護〔調節(jié)保溫保濕養(yǎng)護條件，保證溫度梯度〕，保證混凝土不裂縫。在基礎面上加設鐵絲網(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，分兩層進行澆筑，間隙時間7d以上，分層厚度各1.5m，抗縮鋼筋網(wǎng)設置在下層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部最高溫升，減少人力、材料及機械設備的投入。8、改善施工技術施工時強化插筋四周混凝土的振搗、抹壓、養(yǎng)護。由于鋼筋是熱的良導體，易產生大的溫度梯度，這是容易產生裂縫的一個主要部位。強化初凝前的抹壓，以消除初期裂縫，并強化早期養(yǎng)護，提升混凝土抗拉強度。9、強化混凝土澆筑后的養(yǎng)護混凝土澆筑后，應盡快回填土。土是混凝土最好的養(yǎng)護材料之一。目前這是混凝土保溫保濕養(yǎng)護的最有效方法，對預防裂縫是非常有益的。如采納蓄水法保溫養(yǎng)護，在混凝土施工期間可通入冷卻循環(huán)水，以便加快承臺內部熱量的散發(fā)。如采納內散外蓄綜合養(yǎng)護措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護周期，關于超厚大體積混凝土施工尤其適用。10、強化技術管理強化原材料的檢驗、試驗工作。施工中嚴格按照施工方案及技術交底的要求指導施工，明確分工，責任到人。強化計量監(jiān)測工作，定時檢查并做好具體記錄。認真對待混凝土澆筑過程中可能出現(xiàn)的冷縫，并采用措施加以杜絕。在變截面施工前，一定要強化猜測，并保證猜測的科學性。同時在實施過程中，要切實落實施工方案。11、強化混凝土的測溫工作為及時掌握混凝土內部溫升與表面溫度的變化值，在大體積混凝土內埋設假設干個測溫點，采納L形布置，每個測溫點埋設2根測溫管，1根管底埋置于混凝土的中心位置，測量混凝土中心的最高溫升，另一根管底距混凝土上表面100mm，測量混凝土的表面溫度，測溫管均露出混凝土表面100mm。用100℃的紅色水銀溫度計測溫，以方便讀數(shù)。第l~5d每2h測溫1次，第6d后每4h測溫1次，測至溫度穩(wěn)定為止。從已有施工經驗的測溫狀況看，混凝土內部溫升的高峰值一般在3.5d內產生，3d內溫度可上升到或接近最大溫升，內外溫差值在20℃左右，控制在規(guī)范規(guī)定范圍內，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。12、其它看法如果大體積混凝土采納泵送工藝，泵送過程中，常會發(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，輸送管線布置應合理。泵管上須遮蓋濕麻袋，并常常淋水散熱?；炷林械纳笆袃?yōu)良的