摘要：大体积混凝土的主要特点就是体积大,一般实体最小尺寸大于或等于1m。它的表面系数比较小,水泥水化热释放比较集中,内部温升比较快。混凝土内外温差较大时,会使混凝土产生温度裂缝,影响结构安全和正常使用。
关键词：大体积混凝土 施工 裂缝
一、在施工过程中存在的问题
施工过程中容易产生温度裂缝,大体积混凝土裂缝产生的原因:
1.水泥水化热。水泥水化过程中放出大量的热,且主要集中在浇筑后的2-5d?左右,从而使混凝土内部温度升高。尤其对于大体积混凝土来讲,这种现象更加严重。
2.混凝土的收缩。混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形受到外部约束时(支承条件、钢筋等),将在混凝土中产生拉应力,使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩3种。在硬化初期主要是水泥水化凝固结硬过程中产生的体积变化,后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
3.外界气温、湿度变化。大体积混凝土结构在施工期间,外界气温的变化对裂缝的产生有着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系,外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也就会愈高;如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。
二、避免产生裂缝的方法
1.选用水化热低的水泥品种水。泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥,优先采用硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盆水泥、粉煤灰硅酸盆水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。但是,水化热低的矿渣水泥的析水性比其他水泥大,在浇筑层表面有大量水析出。这种泌水现象不仅影响施工速度,同时影响施工质量。
2.优化混凝上配合比,掺加外加料和外加剂,减少水泥用量外加剂的种类繁多,但一般常用的有两种:木钙减水剂和活性粉料-粉煤灰。掺木质素磺酸钙(简称木钙)减水剂(水泥用量的0.25%),可延迟水化热释放速度,热峰也有所降低,可以缓凝,在大体积混凝土中可以避免冷接缝,提高工作性及流动性,对收缩及抗拉强度几乎没有影响。掺粉煤灰能改善混凝土的粘塑性,还可降低水化热约15%(掺水泥用量的15%)。
3.大体积混凝土的骨料控制粗骨料宜采用连续级配,细骨料宜采用中砂。粗骨料应选取粒径大、强度高、级配好的骨料,以获得较小的空隙率及表面积,从而减少水泥的用量,降低水化热,减少干缩,减小混凝土裂缝的开展。
4.改善约束条件,削减温度应力。在大体积混凝土基础与垫层之间可设置滑动层,如技术条件许可,施工时宜采用刷热沥青作为滑动层,以消除嵌固作用,释放约束应力。
5.提高混凝土的抗拉强度。包括:控制集料含泥量。砂、石含泥量过大,不仅增加混凝土的收缩,而且降低混凝土的抗拉强度,对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下,中砂含泥量控制在2%以下,减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响;改善混凝土施工工艺。可采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆等方法;加强早期养护,提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量;在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋,以改善应力分布,防止裂缝的出现。
6.加强施工过程控制:(1)降温曲线确定。混凝土水化热升温时间很短,大约在浇筑后的2-5d,混凝土的弹性模量很低,基本上处于塑性及弹塑性状态,约束应力很低。降温阶段,弹性模量迅速增加,约束拉应力也随时间增加,在某时刻超过抗拉强度便出现贯穿性裂缝。实践中偏安全地以截面中部的最高温度降温曲线代替平均降温曲线,利用表1的值求近似解。表1的基本条件是:水泥品种为矿渣水泥;水泥标号为425号;水泥用量为275kg/m3;钢模板。当用其他品种水泥,标号、模板、水泥用量有变化时,将上述数值乘以如下修正系数:tmax=t×=k1×k2×k3×k4。式中:k1、k2、k3、k4、为修正系数。(2)严格控制混凝上的入模温度在30℃以下。(3)埋设冷却管,在第一批开始混凝土初凝时由专人负责往冷却管内注入凉水降温,通过冷却排水,带走混凝土体内的热量。(4)浇筑混凝土时,采用薄层浇筑,控制混凝土在浇筑过程中均匀上升,避免混凝土拌和物堆积过大高差,混凝土的分层厚度控制在20-30cm。(5)如结构物厚度较厚,一次浇筑混凝土方量较大时,采用分层浇筑,通过增加表面系数,利于混凝土内部散热,分层厚度1.5m左右,层间间隔时间5~14d之间。(6)加强振捣,以期获得密实的混凝土,提高密实度和抗拉强度,浇筑后,及时排除表面积水,进行一次抹面,防止早期收缩裂缝的出现。(7)混凝土浇筑后,搭设遮阳布棚,避免阳光曝晒承台表面。(8)混凝土浇筑后,混凝土表面用上工布覆盖保温,并洒水养生,使硅缓慢降温、缓慢干燥,减少混凝土内外温差。
三、施工工艺
主要从浇筑的方面出发,除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外,还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响,常采用的方法有以下几种: (1)全面分层:即在第一层全面浇筑全部浇筑完毕后,再回头浇筑第二层,此时应使第一层混凝土还未初凝,如此逐层连续浇筑,直至完工为止。采用这种方案,适用于结构的平面尺寸一般不宜太大,施工时从短边开始,沿长边推进比较合适。必要时可分成两段,从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。 (2)分段分层:混凝土浇筑时,先从底层开始,浇筑至一定距离后浇筑第二层,如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多,所以浇筑到顶后,第一层末端的混凝土还未初凝,又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少,不象第一种方案那样集中。这种方案适用于结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。 (3)斜面分层:要求斜面的坡度不大于1/3,适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始,逐渐上移。
参考文献:
[1]建筑工程手册.北京.:中国建筑工业出版社,1993.
[2]冯广渊.建筑施工技术.冶金工业出版社.
[3]严喜康.土木工程施工.中国建材出版社.
[4]应惠清.土木工程施工.同济大学出版社.
