分析大體積混凝土裂縫產生的原因及防控措施

王 雨,杜旭言

(黑龍江省公路工程監理咨詢公司)

1 大體積混凝土裂縫的產生原因

(1)外界氣溫變化。大體積混凝土在施工階段,它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降會大大增加內外層混凝土溫差,這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應力是由于溫差引起溫度變形而造成的,溫差愈大溫度應力也愈大。同時,在高溫條件下,大體積混凝土不易散熱,混凝土內部的最高溫度一般可達 60～65℃,并且有較長的延續時間。因此,應采取溫度控制措施,防止混凝土內外溫差引起的溫度應力。

(2)混凝土的收縮。混凝土中約 20%的水分是水泥硬化所必需的,而約 80%的水分要蒸發,多余水分的蒸發會引起混凝土體積的收縮。混凝土收縮的主要原因是內部水蒸發引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后,再處于水飽和狀態,還可以恢復膨脹并幾乎達到原有的體積。干濕交替會引起混凝土體積的交替變化,在混凝土內部產生很大的收縮應力,導致混凝土的裂縫。影響混凝土收縮的因素主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝、養護條件等。

(3)水泥水化熱。水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量,而大體積混凝土結構斷面較厚,表面系數相對較小,所以水泥產生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發出去,以至于越積越高,使內外溫差增大,產生溫度應力和收縮應力。水化熱產生的混凝土內部最高溫度,多發生在澆筑后的最初 3～5 d,以后逐漸降低,這與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關。結構裂縫主要是由降溫和收縮引起的,前者引起外約束,是導致貫通裂縫的主要原因;后者引起自約束,主要引起表面裂縫。因此在降溫階段,如果溫差較大,則早期出現裂縫的可能性較大。

(4)約束條件。大體積混凝土與地基澆在一起,早期混凝土溫度上升時,混凝土膨脹受到地基約束會產生壓應力;當后期溫度下降時,混凝土收縮受到地基約束便會產生拉應力。由于混凝土的抗壓性能優于抗拉性能,所以在受壓時一般不會出現裂縫,而在受拉時,當拉應力大于混凝土的抗拉強度時,就會在混凝土中出現垂直裂縫。

2 大體積混凝土裂縫的防控措施

2.1 科學用料、合理調配

(1)控制含泥量。根據結構斷面最小尺寸和泵送管道內徑,選擇合理的最大粒徑。選用天然連續級配的粗集料,使混凝土具有較好的可泵性,減少用水量、水泥用量,進而減小水化熱,以采用級配良好的中砂為宜,通過試驗證明,采用細度模數 2.8的中砂比采用細度模數 2.3的中砂,可減少用水量 20～25 kg/m3,可降低水泥用量 28～35 kg/m3。因而降低了水泥水化熱,混凝土溫度升高和收縮,選用合理砂率提高混凝土的可泵性。

(2)控制水灰比。混凝土中摻入一定數量的優質粉煤灰,不但能代替部分水泥,而且粉煤灰顆粒呈球狀具有滾動效應,起到潤滑作用,可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性,并且能夠使泵送混凝土中粒徑在 0.315 mm以下的細集料達到占 15%的要求,從而改善了可泵性。摻優質粉煤灰的混凝土后期強度高,在一定范圍內 60 d比 28 d強度均可增長 20%左右。

(3)減少水泥用量。選用水化熱較低的 32.5#礦渣硅酸鹽水泥。其早期的水化與同齡期的普通硅酸鹽水泥相比,3 d的水化熱約低 30%。大體積混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚,使混凝土早期升溫和后期降溫產生內部和表面溫差。合理地選用水泥是控制溫度裂縫的有效措施。

2.2 優化澆搗方法

大體積混凝土施工段的劃分及澆筑順序應根據具體工程結構確定,通常按該工程項目劃分表的單元工程進行劃分。混凝土可采用混凝土運輸車運到現場,汽車泵或混凝土輸送泵運送入倉;如采用非泵送混凝土,可用吊機(車)直接布料或搭設腳手架采用機動車布料。大體積混凝土必須根據當地中長期天氣預報,選擇最佳天氣條件進行澆筑,應盡量安排在低溫時段澆筑,以最大限度降低混凝土的初凝溫度。在澆筑過程中,應遵循“同時澆搗、分層推進,一次到頂,循序漸進”的成熟工藝。振搗時重點控制兩點,即混凝土流淌的最近點和最遠點,振動點振動時不能漏振,盡可能采用兩次振搗工藝,以提高混凝土的密實度。

2.3 加強后期養護

養護是一項十分關鍵的工作,養護主要是保持適宜的溫度和濕度,以便控制混凝土內表溫差,促進混凝土強度的正常發展及防止混凝土裂縫的產生和發展。根據工程的具體情況,應盡可能多養護一段時間,拆模后立即回土或覆蓋保護,同時預防近期驟冷氣候影響,以控制內表溫差,防止混凝土早期和中期裂縫。養護用水的溫度應與現場測得的混凝土表面溫度接近,以免人為造成混凝土表面產生溫度梯度,進而出現裂縫。大體積混凝土的養護不僅要滿足強度增長的需要,還應通過溫度控制,防止因溫度變形引起混凝土的開裂。溫度控制就是對混凝土的澆筑溫度和混凝土內部的最高溫度進行控制。在混凝土養護階段的溫度控制應遵循以下幾點。混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應小于 20℃;當結構混凝土具有足夠的抗裂能力時,不大于 25～30℃。混凝土拆模時,混凝土的溫差不超過 20℃。其溫差應包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫。采用內部降溫法來降低混凝土內外溫差。保溫法是在結構外露的混凝土表面以及模板外側覆蓋保溫材料(如草袋、鋸木、濕砂等),在緩慢的散熱過程中,使混凝土獲得必要的強度,以控制混凝土的內外溫差小于20℃。混凝土表層布設抗裂鋼筋網片,增強混凝土的抗裂性,防止混凝土收縮時產生干裂。

3 結 語

雖然學術界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論,但對于具體的預防和改善措施意見比較統一,同時在實踐中應用效果也比較好,具體施工中要靠多觀察、多比較,出現問題后多分析、多總結,結合多種預防處理措施,同時做好充分的施工準備、加強現場協調與組織管理,混凝土的裂縫是可以避免的。