淺談大體積混凝土裂縫控制

張亞興

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,工程建設(shè)中涉及到大體積混凝土也越來(lái)越多。大體積混凝土由于水化發(fā)熱、收縮變形等因素容易產(chǎn)生裂縫,稍有不慎將會(huì)造成不可估量的損失。因此對(duì)如何控制大體積混凝土的質(zhì)量引起人們普遍重視。關(guān)于防止大體積混凝土溫度裂縫的措施有很多,文中結(jié)合大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因,提出防止大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的一些措施。

2 產(chǎn)生裂縫的主要原因

2.1 水泥水化熱

水泥在水化過(guò)程中要釋放出大量的熱量,而大體積混凝土結(jié)構(gòu)由于斷面較厚,體量較大,水泥水化產(chǎn)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部而無(wú)法及時(shí)散發(fā)出去,以至于熱能越聚越大,使內(nèi)外溫差增大,因而出現(xiàn)初期裂縫(就是在混凝土澆筑的升溫期,由于水化熱在混凝土澆筑后2 d～3 d溫度急劇上升,3 d～5 d達(dá)到內(nèi)部的最高溫度,從而混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉應(yīng)力引起的裂縫)。

2.2 混凝土收縮

大體積混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫主要有降溫收縮裂縫和干燥收縮裂縫。降溫收縮裂縫是指大體積混凝土澆筑凝結(jié)后,經(jīng)過(guò)約3 d～5 d,內(nèi)部溫度達(dá)到峰值,然后開(kāi)始緩慢降溫。此時(shí),溫度變化使混凝土產(chǎn)生體積脹縮,處在地基等約束條件下的混凝土開(kāi)始產(chǎn)生裂縫。干燥收縮裂縫是指由于混凝土水泥水化過(guò)程用水量遠(yuǎn)低于拌合水用量,在混凝土澆筑硬化后,拌合水中的多余部分蒸發(fā),從而使混凝土體積縮小產(chǎn)生的裂縫。值得注意的是在降溫時(shí)其降溫收縮與干燥收縮疊加在一起,處于約束條件下的混凝土常常容易產(chǎn)生裂縫,在施工與監(jiān)控過(guò)程中應(yīng)特別注意。

2.3 外界氣溫變化

大體積混凝土在施工時(shí),混凝土的澆筑溫度會(huì)隨著外界氣溫變化而變化。特別是當(dāng)氣溫驟變,會(huì)大大增加內(nèi)外層混凝土溫差,從而引起混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力急劇增大,這對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)極為不利,因此,應(yīng)采取對(duì)應(yīng)控制措施將溫差控制在最小范圍。

3 保證大體積混凝土質(zhì)量的措施

3.1 原材料選擇

1)選用適宜品種的水泥。水泥用量與混凝土內(nèi)部最高溫升有直接的關(guān)系,因此,在保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下優(yōu)先選用高標(biāo)號(hào)的水化熱低、水化熱不集中的水泥品種,以減少水泥用量,降低水化熱。如可選用高標(biāo)號(hào)的礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥或復(fù)合水泥等。

2)使用適量的粉煤灰。粉煤灰中含有大量的活性SiO2和Al2O3等化學(xué)成分,同時(shí)可以替代部分水泥來(lái)提高混凝土強(qiáng)度,特別是后期強(qiáng)度,在混凝土中添加一定量的粉煤灰,則增大混凝土的流動(dòng)性,降低水化熱,有實(shí)驗(yàn)表明每摻加10 kg粉煤灰替代等量的水泥,混凝土的溫升可降低1℃左右。但對(duì)于大摻量粉煤灰混凝土(粉煤灰摻量I＞40%),混凝土拌合物需水量增加,易泌水離析,造成混凝土表面易起砂、干縮性加大、早期強(qiáng)度較低等不足,在工程中要注意。

3)選擇適當(dāng)?shù)耐饧觿？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)要求在混凝土中摻加一定用量外加劑,如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等外加劑。以UEA混凝土膨脹劑為例,將10%～12%摻入(取代水泥率)水泥中,可拌制成補(bǔ)償收縮混凝土,在鋼筋和鄰位約束下,可在混凝土中建立0.2 MPa～0.7 MPa的預(yù)應(yīng)力,這一預(yù)應(yīng)力大致可抵消混凝土干縮拉應(yīng)力,使結(jié)構(gòu)不裂或控制在無(wú)害裂縫范圍內(nèi)。

4)選擇適當(dāng)?shù)墓橇稀４止橇弦瞬捎眠B續(xù)級(jí)配,并盡量選取粒徑上限。例如采用5 mm～40 mm粒級(jí)的石子和采用5 mm～25 mm粒級(jí)的石子,在相同水灰比情況下,每立方米混凝土用水量約可減少15 kg,水泥用量約可節(jié)省20 kg。但骨料粒徑過(guò)大,容易引起混凝土的離析,影響混凝土的質(zhì)量,故必須進(jìn)行級(jí)配優(yōu)化,同時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制骨料中的含泥量。在混凝土的級(jí)配中,應(yīng)當(dāng)在滿(mǎn)足施工的條件下,盡可能地降低砂率。在選擇細(xì)骨料時(shí),應(yīng)以中、粗砂為宜。

3.2 澆筑控制

1)控制混凝土澆筑溫度。混凝土從攪拌機(jī)出料,經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、泵送、澆筑、振搗等工序后的溫度稱(chēng)為混凝土的澆筑溫度。一般澆筑溫度每提高10℃,混凝土內(nèi)部溫度約上升3℃～5℃。因此,降低澆筑溫度,這對(duì)保證混凝土質(zhì)量是有利的。一般在施工中可采用降低水和骨料溫度的方法降低混凝土澆筑溫度,如夏天必要時(shí)可采用含有冰塊的水?dāng)嚢杌炷?同時(shí)在施工中還可以采用減少裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)、在混凝土泵管上覆蓋濕麻袋、混凝土澆筑在一天中氣溫較低時(shí)進(jìn)行的方法,以及運(yùn)用在晚上澆筑等輔助措施來(lái)降低混凝土澆筑溫度。

2)采用二次振搗。在施工中采取二次振搗,從而減少混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部產(chǎn)生的水分和空隙,提高混凝土和鋼筋間的握裹力,防止因混凝土沉落產(chǎn)生裂縫,同時(shí)還可以減少內(nèi)部微裂縫,增加混凝土密實(shí)度,有效地提高混凝土抗裂性。

3.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

1)混凝土澆筑后,要在其表面不斷地補(bǔ)給水分,目前常州的通常做法是在表面蓋一層塑料薄膜,然后根據(jù)計(jì)算覆蓋一定厚度的保溫層,如濕麻袋或草袋等,這樣水既可以滲入又可以起到保溫作用。2)在混凝土內(nèi)外溫差計(jì)算值過(guò)大時(shí),建議在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管,通入冷卻循環(huán)水,降低混凝土內(nèi)部溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時(shí)就開(kāi)始進(jìn)行。但此方法的采用應(yīng)根據(jù)測(cè)溫情況嚴(yán)格控制冷卻循環(huán)水開(kāi)關(guān),如果調(diào)控不當(dāng),將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。筆者參與檢測(cè)的某工程因施工工期較緊,為了搶工期施工方擅自進(jìn)行冷卻循環(huán)水開(kāi)關(guān),致使混凝土內(nèi)部溫度忽高忽低,降溫速度時(shí)快時(shí)慢,后經(jīng)檢測(cè)單位制止才停止,即使這樣也使混凝土表面局部產(chǎn)生裂縫,影響了混凝土質(zhì)量。3)保溫養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間,應(yīng)根據(jù)溫度應(yīng)力(包括混凝土收縮產(chǎn)生的應(yīng)力)加以控制、確定,但不得少于15 d。保溫覆蓋層拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行。如某工程在混凝土澆筑完畢5 d后就將所有保溫材料撤除,使混凝土直接暴露在空氣中,致使混凝土表面干燥、內(nèi)外溫差過(guò)大,從而使混凝土表面產(chǎn)生干燥收縮裂縫。4)在拆模后,應(yīng)及時(shí)采取保護(hù)措施,盡快回填土(土是最佳的養(yǎng)護(hù)介質(zhì))。如果拆模后無(wú)法進(jìn)行養(yǎng)護(hù),則應(yīng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

只要尊重大體積混凝土的特性,經(jīng)過(guò)科學(xué)的資源選配,采取切實(shí)有效的措施,做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作,控制和監(jiān)測(cè)好混凝土的澆筑溫度,就可以最大限度地防止有害裂縫的產(chǎn)生。

[1] GB 1596-2005,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

[2] YJG F22-92,UEA補(bǔ)償收縮混凝土防水工法[S].

[3] YBJ 224-91,塊體基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 孫宏明,姚安全,操三齊.淺談大體積混凝土的裂縫控制措施[J].山西建筑,2008,34(27):190-191.