大體積砼的裂縫控制

王躍翰　謝倫武

摘要:鋼筋砼是建筑中廣泛應用的主要材料,特別是隨著國民經濟的發展,高層建筑大體積砼基礎的應用日益廣泛,大體積砼的裂縫控制問題成為當前的一個重要課題。鋼筋砼結構的裂縫是不可避免的,但其有害程度卻是可以控制的。大體積砼因比表面積較小,水化熱散發困難,導致內外溫差大,易引起砼出現裂縫,文章主要討論大體積砼裂縫產生的原因,以及通過設計、施工、材料等方面綜合技術措施將裂縫控制在無害范圍內。

關鍵詞:大體積砼;裂縫控制;砼;施工

中圖分類號:TU7文獻標識碼:C文章編號:1006-8937(2009)10-0117-02

綜合美國砼學會和日本建筑學會對大體積砼的定義,大體積砼是指:現澆砼結構的幾何尺寸較大(約80cm以上),且必須采取技術措施以解決水泥水化熱引起砼內最高溫度與外界氣溫之差超過25℃及隨之引起體積變化問題,以最大限度減少開裂影響的,這類結構稱為大體積砼。

1大體積砼裂縫產生原因

大體積砼裂縫,主要是由內部溫度應力造成的。因為在重力式結構中,大體積砼凝結和硬化過程中,水泥與水產生化學反應,釋放出大量的水化熱。大體積砼由于體積大,相對散熱面積較小,砼結構外部熱量迅速散發,而內部熱量不易散發,在砼內外產生較大溫差。內部溫度高,結構膨脹變形大,就在砼表面產生膨脹應力。表面的膨脹拉力超過砼的極限抗拉強度,砼表面就會裂縫。后期,水泥水化熱減少,散發熱量大于水化熱量,溫度降低,體積收縮,受地基或基礎的約束,砼內部產生拉應力。當拉應力超過此時砼的極限抗拉強度時,就會在基礎內部產生裂縫。內外疊加,可能貫通結構截面造成嚴重危害。

2大體積砼裂縫的控制

2.1材料選用方面的控制

2.1.1水泥的選擇

由前面分析可以看出,溫度應力是產生前期裂縫的主要原因。所以在選用材料時,首先應考慮降低水化熱的峰值。

鋁酸三鈣和硅酸三鈣含量高的,水化熱較高;混合材摻量多的水泥水化熱較低。大體積砼一般不宜使用水化熱高的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥,應使用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥;更不宜使用早強型水泥。

2.1.2減少水泥用量

水泥水化熱是大體積砼發生溫度變化,導致體積變化的主要根源。因此,除采用水化熱低的水泥外,要減少溫度變形,還應盡量降低水泥用量。

工程實踐證明,適當地摻加減水劑和粉煤灰,可減少有效水泥的用量。摻減水劑可在保證砼強度的前提下有效降低單位用水量以降低水灰比,從而降低水泥用量。在砼配制過程摻入粉煤灰,不僅可改善砼和易性和可泵性,節約水泥,降低水化熱。

2.1.3嚴格控制骨料級配和含泥量

粗、細骨料含泥量過大、骨料粒徑過細以及顆粒級配不良均會造成砼單方水泥和水用量增多,使砼收縮增大,導致裂縫產生。所以在實際工程中應盡可能采用粒徑大的骨料,選擇合理的砂石級配,合理控制砂石含泥量,并不得混有有機物等雜質,有利于減少裂縫的出現。

2.2合理管理,嚴格施工

2.2.1合理組織施工計劃

在施工過程中精心安排砼施工時間。在高溫季節施工時,砼澆筑時間盡量安排在16時至翌日上午10時前進行,以減少砼溫度回升。新舊砼澆筑間隔時間為5～7d,相鄰澆筑壩塊高差控制在8 m以內。

2.2.2適當控制入模溫度。

砼入模溫度盡量控制在28℃左右。因此,大體積砼最好選在春秋季施工。在夏季施工最好采取有效措施降低入模溫度。澆筑砼時最好不要讓砼在太陽下直接爆曬。施工過程中應對碎石灑水降溫, 保證水泥庫通風良好,自來水可先放入地下蓄水池中降溫。另外,澆筑前底部墊層用草簾覆蓋防曬,現場周圍和基坑壁灑水降溫。

2.2.3采用先進的施工方法

由于大體積砼的體積異常龐大,施工中可以用縱橫截縫將其分割成許多塊體,并以水平縫將每一塊砼分成許多澆筑層。分縫分塊一方面便于施工,將龐大的砼逐塊逐層地進行澆筑;另一方面,減小砼塊的尺寸,增加散熱面,從而降低施工期間的溫度應力,以減小產生裂縫的可能性。施工時砼先從底層開始澆筑,進行至一定距離后澆筑其他各層,

2.2.4加強溫度管理,減少砼內外溫差

砼裂縫主要是由于溫差產生溫度應力引起的,有效地控制內外溫差才是控制裂縫的最好辦法。砼拌制溫度要低于25℃;澆注時要低于30℃,澆注后控制砼與大氣溫度差不大于25℃,砼本身內外溫度差在25℃以內。

在實際工程中,可以采用外部保溫養護與內部通水冷卻相結合的辦法。在大體積砼內布設冷卻管網, 通循環低溫水, 帶走基礎內部的熱量, 使砼溫度降低到要求的限度。

2.2.5減輕地基對澆筑體的約束

如前所述,后期砼的降溫收縮,由于受地基或基礎的約束而在砼內部產生拉應力。當拉應力超過此時砼的極限抗拉強度時,就會在基礎內部產生裂縫。

根據實際工程經驗,可以在墊層上按4~6m方格留伸縮縫,在伸縮縫中加入聚苯乙烯泡沫板,減少地基對砼的約束力;同時大體積砼底部應配置抗裂鋼筋抵抗拉應力,使砼抗拉強度提高,裂縫分布均勻、細小,防止裂縫集中出現。

2.3加強砼澆筑后的養護

養護階段砼水化作用的降溫過程(差) 已基本確定, 溫度的控制轉為降溫速度和內表溫差的控制,可通過給澆筑體表面覆蓋保溫材料進行保溫養護來實現。在砼澆筑后,可盡快回填土,土是砼最好的養護材料之一。目前這是砼保溫保濕養護的最有效方法, 對預防裂縫是非常有益的。

3結 語

以上對砼的施工溫度與裂縫之間的關系進行了理論和實踐上的初步探討, 對于應用日益廣泛的大體積砼工程,需要不斷總結經驗,完善技術措施,使大體積砼的施工走上成熟和規范化的道路。特別是在具體施工中要靠我們多觀察、多比較,出現問題后多分析、多總結, 結合多種預防處理措施, 砼的裂縫是完全可以控制在充許的范圍內。

參考文獻:

[1] 張國棟.現代砼理論與設計[M].武漢:武漢大學出版社,2002.

[2] 趙國藩.鋼筋砼結構的裂縫控制[M].北京:海洋出版社,2002.

[3] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社,1998.