淺談大體積混凝土裂縫的控制

陳金鵬 惠 涌 張志庸

在高聳構筑物和大型基礎中,通常混凝土一次澆筑量較大,這種大體積混凝土的澆筑極易出現裂縫。所以,在澆筑大體積混凝土時,一定要認真組織施工,合理安排施工工序,才能確保混凝土的質量。本文以湖北華電西塞山電廠煙囪基礎工程為例,對大體積混凝土施工中主要的技術難點進行了簡要的闡述。

1 裂縫產生的原因

大體積混凝土施工的主要技術難點是防止混凝土裂縫的產生。造成大體積混凝土開裂的主要原因是干燥收縮和降溫收縮。處于完全自由狀態下的混凝土,出現再大的均勻收縮,也不會在內部產生拉應力。當混凝土處在地基等約束條件下時,內部就會產生拉應力,當拉應力超過當時混凝土的抗拉強度時,混凝土就會開裂。

混凝土中水泥水化用水大約只占水泥重量的20%,在混凝土澆筑硬化后,拌合水中的多余部分的蒸發將使混凝土體積縮小,即是混凝土的干縮,混凝土的干縮率大致在2×10-4～10×10-4范圍內,這種干縮是由表及里的一個相當長的過程。

混凝土的早期潮濕養護對后期收縮并無明顯影響,大體積混凝土的保濕養護只是為了推遲干縮的發生,有利于表面混凝土強度的增長,以及發揮微膨脹劑的補償收縮作用。

大體積混凝土澆筑凝結后,溫度迅速上升,通常經3 d～5 d達到峰值,然后開始緩慢降溫。因為混凝土的特點是抗壓強度高而抗拉強度低,而且混凝土彈性模量較低,所以升溫時體積膨脹一般不會對混凝土產生有害影響,但在降溫時其降溫收縮與干燥收縮疊加在一起時,處于約束條件下的混凝土常常會產生裂縫,起初的細微裂縫會引起應力集中,裂縫可逐漸加寬加長,最終破壞混凝土結構性、抗滲性和耐久性。

對混凝土溫升值的影響因素主要有水泥品種和用量、用水量、大體積混凝土的散熱條件等。為盡量發揮混凝土松弛對應力的抵消作用,同時避免在混凝土硬化初期驟然產生過大的應力,應該減慢降溫速度。一般規定,混凝土內外溫差不大于25℃,降溫速度不大于1.5℃/d。

2 控制的方法

該工程大體積混凝土的特點是:外筒基礎厚度達到3 m,半徑為16.9 m,基礎寬度為6.4 m,模板采用磚胎膜,混凝土強度為C35,共計 1 637 m3。

2.1 混凝土配合比的設計

水泥:選用水化熱較低的水泥,并盡可能減少水泥用量。本工程采用P.O42.5號普通硅酸鹽水泥,摻入S95級礦渣粉。細骨料:采用中砂,因為使用中砂與細砂相比,可減少水及水泥的用量。粗骨料:選用粒徑5 mm～31.5 mm級配石子,以減少混凝土收縮變形。含泥量:在大體積混凝土中,粗細骨料的含泥量是要害問題,若骨料中含泥量偏多,不僅增加了混凝土的收縮變形,又嚴重降低了混凝土的抗拉強度,對抗裂的危害性很大。因此骨料必須現場取樣實測,石子的含泥量控制在1%以內,砂的含泥量控制在2%以內。摻合料:摻入粉煤灰。在混凝土中摻用的粉煤灰不僅能夠節約水泥,降低水化熱,增加混凝土和易性,而且能夠大幅度提高混凝土后期強度,并且混凝土的28 d強度能夠達到1.15倍混凝土標準強度值。

2.2 混凝土的拌制

為控制混凝土的入模溫度,使其澆筑溫度不超過28℃(指混凝土入模振搗后,在50 mm～100 mm深處的溫度),要求混凝土攪拌站采用低溫井水拌制混凝土,骨料放置在遮陽棚中,避免陽光直曬。現場泵送時,管道用濕毛毯覆蓋,常灑水降溫。

2.3 混凝土的運輸

若采用商品混凝土,要根據現場與商品混凝土站的距離,考慮運輸車輛的數量。運輸車輛必須要保證混凝土的連續澆筑,還必須留有備用車輛,以防意外事件影響混凝土的澆筑。

2.4 混凝土的澆筑

制訂澆筑方案。為減少每次澆筑的蓄熱量,減少水化熱的積聚,減小溫度應力,混凝土采取斜面分層澆筑,每層厚度控制在200 mm～300 mm,保證大體積混凝土澆筑符合質量標準。本工程由一點開始沿基礎周長方向順時針分層進行澆筑。

在澆筑的過程中由一名技術人員經常檢查前面澆筑的混凝土初凝情況并配合采用二次振搗法,增加混凝土的密實度,提高抗裂能力,同時也可防止出現冷縫。

嚴格控制振搗時間。混凝土振搗設備采用插入式振動器振實。混凝土施工中充分振搗可使骨料和水泥漿在模板中得到致密排列,有助于混凝土的密實性和抗裂性的提高。但過分振搗將使粗骨料沉落并使表層混凝土有較大收縮性,水分蒸發后易集聚形成凝縮縫。一般要求振搗手控制在20 s～30 s,或觀察混凝土表面不冒氣泡且已有部分泛漿即可。

混凝土澆筑結束后要對混凝土的表面進行處理,采用兩道木抹和一道鐵抹的工藝。第一次采用長柄木抹,主要是將表面擠壓平整,使表面的水泥乳漿均勻分布,漿液厚度為3 mm～5 mm。待表面收水時,進行第二道木抹抹面,其作用是趕出表面泌水。二次抹壓表面處理,有利于減少混凝土早期塑性裂縫,閉合泌水收縮裂縫。最后一道鐵抹需待泌水趕出后,方可進行。將表面砂粒壓入漿面,至有青色呈出即可。過度的抹平壓光也會使混凝土的細骨料過多地浮到表面,形成含水量很大的水泥漿層。水泥漿中的Ca(OH)2與空氣中的CO2反應生成碳酸鈣,放出結合水而使混凝土表面碳化收縮,導致表面龜裂。

2.5 混凝土的養護

混凝土的養護是保證混凝土強度的一道重要工序。認真做好大體積混凝土的養護,本項目采用覆蓋一層塑料薄膜和一層棉被再加一層塑料薄膜一層棉被的方法,由專人負責覆蓋及灑水養護,可達到保溫和保濕的目的,保證混凝土表面溫度不致過快散失而產生表面裂縫,同時可使由混凝土的平均總溫差所產生的拉應力小于其抗拉強度,避免產生貫穿裂縫。根據現場溫度實測,將混凝土的內外溫差控制在25℃以內,較好地防止了尚處在強度發展階段的混凝土表面產生干縮裂縫。

2.6 混凝土溫測

依據《混凝土結構工程施工及驗收規范》中規定對大體積混凝土的養護,應根據氣候條件采取措施。并按需要測定澆筑后的混凝土表面溫度和內部溫度,將溫差控制在設計要求的范圍內,溫差不宜超過25℃。測溫孔均勻分布于基礎平面,一組設三層,埋設在基礎上、中、下三層。在混凝土的升溫階段每2 h測溫一次,降溫階段每6 h測溫一次,并同時測定環境溫度,直至溫度穩定為止。

3 結語

本工程施工的煙囪基礎大體積混凝土通過各個環節的嚴密控制,在拆除表面的養護覆蓋層后,進行了檢查驗收,混凝土表面無裂紋,混凝土外觀質量良好,得到了建設各方的一致好評。大體積混凝土的施工從原材料開始控制,一直到混凝土澆筑結束、表面處理、混凝土養護等完成,要有周密的施工措施,才能確保其施工質量。

[1] 張慶華.大體積混凝土溫度裂縫產生機理和控制措施[J].山西建筑,2009,35(19):145-147.