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大體積混凝土裂縫的分析及預防措施

發(fā)布時間: 1

  摘要:本文主要對大體積混凝土裂縫生產(chǎn)的原因進行分析,對大體積混凝土原材料的選用進行分析,并提出預防大體積混凝土澆筑過程中施工技術(shù)措施。
  關(guān)鍵詞:大體積混凝土;原材料分析;施工技術(shù)措施
  大體積混凝土裂縫的控制是比較復雜的施工技術(shù),迄今對于大體積混凝土的溫度變化和溫度裂縫產(chǎn)生規(guī)律性,還缺乏系統(tǒng)的研究對于混凝土的溫度及溫度應力還不能精確計算。
  廈門大洋雅苑工程位于思明區(qū)仙岳路上。由廈門中合現(xiàn)代工程設(shè)計院設(shè)計。該工程地下兩層,其底板總長200.3m,總寬145m,底板厚大約1m左右,承臺混凝土厚度為4m,混凝土等級C45、P12,混凝土總量為6300m3。要求一次性澆筑完畢,屬于大體積混凝土,要求控制溫度裂縫和干縮裂縫、降低水化熱,確保工程質(zhì)量,因此施工技術(shù)難度極高。
  一、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析
  1、裂縫的成因
  混凝土硬化后及使用過程中,受外界因素的影響而產(chǎn)生的變形主要有:溫度變形、濕脹干縮變形、荷載作用下的變形、塑性收縮變形和自干收縮變形等。
  (1)溫度變形
  混凝土的溫度變形主要由兩部分組成:在混凝土硬化過程中,由于水泥的水化熱產(chǎn)生大量熱量,大體積混凝土內(nèi)部散熱較慢而使其溫度升高,產(chǎn)生內(nèi)外溫差,內(nèi)部混凝土膨脹,而外部混凝土散熱快,水分蒸發(fā)溫度降低而收縮,形成表面裂縫;由于環(huán)境溫度的變形,根據(jù)混凝土熱脹冷縮的性質(zhì),在溫度下降后混凝土必將產(chǎn)生收縮而產(chǎn)生拉應力,當拉應力超過混凝土的抗拉強度時,混凝土將產(chǎn)生裂縫。
  (2)干縮變形
  混凝土的干縮變形是由于混凝土中水分蒸發(fā)而引起的。當混凝土在空氣中硬化時,其中的水分會逐漸蒸發(fā),使水泥石中的膠凝體逐漸干燥而產(chǎn)生收縮,從發(fā)明獎產(chǎn)生干縮變形。在混凝土受到某種約束的情況下,干縮變形會出現(xiàn)較大的拉應力,特別是在初凝階段,由于混凝土抗拉強度非常低,容易引起混凝土開裂。
 。ǎ常┖奢d作用下的變形
  在荷載作用下,當構(gòu)件截面產(chǎn)生拉應力時,會引起拉伸變形;當構(gòu)件截面產(chǎn)生壓應力時,會引起壓縮變形。當截面上的拉應力大于混凝土的抗拉強度時,構(gòu)件就會產(chǎn)生裂縫。
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  混凝土初凝之前出現(xiàn)泌水和水分蒸發(fā),引起失水收縮此時骨料與水泥之間也產(chǎn)生不均勻的沉降變形,它發(fā)生在混凝土終凝之前的塑性變形,故稱為塑性收縮。其收縮量可達1%左右表面失水大都能導致混凝土塑性收縮而發(fā)生表面裂縫。
  (5)自干收縮
  密封的混凝土內(nèi)部相對濕度隨水泥水化的進展而降低,稱為自干燥。自干燥造成毛細孔中的水分不飽和而產(chǎn)生負壓,因而引起混凝土的自生收縮。
  二、大體積混凝土施工技術(shù)措施
  1、施工技術(shù)方案的可行性
  廈門大洋雅苑工程基礎(chǔ)承臺混凝土設(shè)計強度等級C45、P12,混凝土強度等級和抗?jié)B等級均較高,因此單方混凝土水泥用量較大,給水貨熱控制帶來一定的技術(shù)難度。根據(jù)省內(nèi)外眾多工程大體積混凝土施工成功案例,結(jié)合對外加劑在工程應用中收集的技術(shù)數(shù)據(jù),提出本工程地下室超厚基礎(chǔ)承臺大體積混凝土采用AEA膨脹劑、TW-10泵送劑和粉煤灰三摻施工技術(shù)方案,同時提出在施工高性能混凝土過程中使用低水化熱水泥,進行水化熱溫控監(jiān)測,混凝土表面覆蓋保溫、內(nèi)部引導管降溫等技術(shù)措施。
  2、混凝土原材料
  (1)水泥的選擇
  由于水泥新標準修訂后,為達到早強、高強要求,水泥含堿量越來越高,細度越來越細,含堿量高易引起混凝土的耐久性差,細度大易造成混凝土施工中產(chǎn)生浮漿而出現(xiàn)表面龜裂,同時也增大水化熱。通過試驗及對技術(shù)數(shù)據(jù)的分析,本工程采用“天宇牌”P.S42.5水泥,無論是早期還是總水化熱都是最低的,這對于控制混凝土的溫升是十分有益的。
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  混凝土中采用吸水率較大骨料,干縮較大骨料含泥量較多時,會增大混凝土的干縮性,骨料粒徑較大,級配良好時。由于能減少混凝土中的水泥漿用量,則混凝土干縮率較少,本工程選用漳州龍海九江砂及化崗巖碎石。
  
  
  (3)粉煤灰摻合料
  粉煤灰的水化熱遠少于水泥,摻加粉煤灰能減少水泥用量并有效降低水化熱,另外,優(yōu)質(zhì)粉煤灰的需水量少,可降低混凝土單方用水量和水泥用量,還可以減少混凝土自身體積收縮有利于防裂。本工程選用漳州后石電廠Ⅱ級煅燒灰。
  
  (4)外加劑
  AEA膨脹劑摻入膨脹混凝土中,水化后生成大量膨脹性結(jié)晶水化物—水化硫鋁酸鈣,使混凝土產(chǎn)生適度膨脹,在鋼筋和鄰位約束下,在結(jié)構(gòu)中建立0.2~0.7MPa預壓應力,這一壓應力可大致抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的收縮拉應力,從而防止或減少混凝土收縮開裂,并使混凝土致密化,提高了結(jié)構(gòu)的防滲能力,達到結(jié)構(gòu)自防水能力,同時有效控制了混凝土的裂縫產(chǎn)生。
  TW-10高性能泵送劑是解決混凝土可泵性的一種良好外加劑,具有高減少、緩慢、增強、保塑等性能。該泵送劑摻入混凝土中,良好的減水作用能減少單方用水量和單方水泥用量,同時降低了水化熱;良好的緩凝作用,延緩了混凝土水化放熱溫峰產(chǎn)生,使水化放熱溫峰平緩;良好的保塑作用,提高了混凝土和易性,減少了混凝土坍落度損失,滿足泵送施工要求。
 。ǎ担┡浜媳仍O(shè)計
  在對混凝土用原材料優(yōu)選的基礎(chǔ)上,進行科學的混凝土配合比設(shè)計對保證混凝土質(zhì)量起了一種十分重要的作用,針對本工程基礎(chǔ)承臺混凝土設(shè)計強度等級C45、P12要求進行試配,確定配合比設(shè)計:
  
  三、施工技術(shù)措施
  1、溫控措施
  在基礎(chǔ)承臺混凝土施工中,控制混凝土中心溫度與表面溫度之差是非常重要的。采用普通混凝土,溫差控制在25°C之內(nèi),否則往往因溫差應力而產(chǎn)生開裂。而采用膨脹劑補償收縮混凝土,這個溫差可放寬至30~35°C。
  由于本工程承臺混凝土厚度達到4m,內(nèi)部水化熱不易散發(fā),經(jīng)測算承臺內(nèi)部混凝土溫度將達到90°C,如果僅采用表面覆蓋保溫材料來控制內(nèi)表溫差,將導致保溫時間過長延誤工期且控制效果較差,并影響混凝土質(zhì)量,因此采用“內(nèi)降外保“方案來控制混凝土的溫度,在承臺混凝土的內(nèi)部應預埋冷卻水管,然后通水,加快內(nèi)部熱量散發(fā),從而提高面層混凝土的溫度,內(nèi)降外保相結(jié)合,即可有效地控制承臺混凝土的內(nèi)表溫差,確;炷敛恢庐a(chǎn)生溫度裂縫。本工程在承臺范圍內(nèi)共垂直埋設(shè)12根測桿,每個測桿沿承臺的厚度均設(shè)置6個測點,同時在混凝土外部設(shè)置氣溫、水溫等輔助測點5個,共58個工作測點,監(jiān)測結(jié)果如下:
  (1)混凝土澆筑溫度為17~22°C,施工養(yǎng)護期間室外日平均氣溫18.3~27.5°C。
  (2)大承臺臺h=3.2m區(qū)域混凝土內(nèi)部最高溫度為71.7°C,面層混凝土最高溫度為65.0°C,底層混凝土最高溫度為52.0°C,井坑周邊h=6.75m區(qū)域混凝土內(nèi)部最高溫度為75.9°C,面層混凝土最溫度為61.8°C,底層最高溫度為52.0°C。由于本工程采取了在承臺百度中央預埋冷卻水管的內(nèi)部降溫措施,削減了中心混凝土的溫升,混凝土內(nèi)部的最高溫度均出現(xiàn)在”中上部位“。
 。ǎ常┯捎诔信_厚度較大,在混凝土澆筑期間,受“澆筑時間差”的影響,當面層混凝土的內(nèi)表溫差期內(nèi)超過25°C。但在面層覆蓋保溫材料之后,該溫差很快便降到25°C以內(nèi)。在養(yǎng)護期間,承臺混凝土的內(nèi)表溫差均控制在25°C以內(nèi)。
 。ǎ矗┍O(jiān)測結(jié)果后經(jīng)檢查,監(jiān)測區(qū)域未見溫度裂縫。
  2、保溫措施
 。ǎ保┩獠勘卦诔信_混凝土表面覆蓋1~2層干草袋進行保溫,同時在大承臺上方搭蓋防雨保溫棚,在承臺四周點鎂鎢燈,以提高面層混凝土溫度。
 。ǎ玻﹥(nèi)部降溫在承臺厚度中央層預先埋設(shè)冷卻水管網(wǎng),在混凝土澆搗及養(yǎng)護期間持續(xù)通水降溫,從而削減內(nèi)部混凝土溫升。
 。ǎ常┍剡m時在承臺混凝土上表面澆水,盡可能使混凝土表面保持濕潤狀態(tài)。
  3、混凝土澆筑
 。ǎ保⿲Φ綀龅拿寇嚮炷辆鬁y定坍落度、溫度、觀察其和易性,不得存在離析、泌水、粘結(jié)、分層等現(xiàn)象,混凝土檢查不合格要堅決退場。
 。ǎ玻┗炷恋恼駬v嚴格按照施工操作規(guī)程進行、振搗棒要快插慢撥,掌握好振距,不能漏振、欠振和過振,以混凝土表面出現(xiàn)浮漿和不再沉落為準。
  (3)加強新澆混凝土表面的保護,應及時清除混凝土表面泌水,當混凝土表面開始收縮即開始初凝(不再泛現(xiàn)水的光澤)時,宜進行二次抹面壓光,并用森朩搓搓毛,清除混凝土表面的塑性裂縫。完成搓壓后立即覆蓋塑料布保水保溫,隨后覆蓋保溫材料進入養(yǎng)護期。
 。ǎ矗┗炷翝仓瓿24h內(nèi),嚴禁上人踩踏,澆筑完成36h內(nèi),除檢測測溫設(shè)備及覆蓋保溫外,不得上人踩踏,且不得堆放施工材料。
  4、混凝土澆筑后的保溫保濕養(yǎng)護
  在大體積混凝土施工中,良好的保溫保濕養(yǎng)護對于減少混凝土的收縮、控制內(nèi)外溫差、減少自約束應力、充分利用混凝土的松馳效應具有重要作用。在二次抹壓后立即覆蓋一層不透水、氣的塑料薄膜和兩層保溫材料草袋,并應保持塑料薄膜內(nèi)有凝結(jié)水,確;炷潦冀K處于濕潤狀態(tài),草袋的層數(shù)根據(jù)測溫溫差情況隨時增減,養(yǎng)護時間進行14天,嚴格控制混凝土內(nèi)、表面差和表、外溫差不超過25°C,混凝土的降溫速率控制在1.5°C/d以內(nèi)。
  四、結(jié)束語
  1、大體積混凝土施工技術(shù)難點在于防裂、重點在于采取科學防裂技術(shù)方案。
  2、大體積混凝土產(chǎn)生裂縫產(chǎn)生的原因是眾多的,關(guān)鍵是嚴格控制混凝土原材料質(zhì)量,重中之重是選好外加劑并做好混凝土配合比設(shè)計,在滿足強度的前提下,嚴格控制水泥用量,選用低水化熱水池是控制混凝土裂縫的有效途經(jīng),摻用膨脹劑和粉煤灰,可抵消混凝土冷縫和干縮裂縫。
  3、做到覆蓋保溫,嚴格控制混凝土內(nèi)外溫差,同時應加強混凝土養(yǎng)護。


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