大體積混凝土溫度裂縫的成因分析及控制措施
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摘 要: 針對大體積混凝土的特點(diǎn), 重新給出了大體積混凝土的概念, 分析了大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因及影響因素, 提出了有效的控制措施。
關(guān)鍵詞:大體積混凝土 溫度裂縫 成因 控制措施
中圖分類號: T U 3 7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
我國國民經(jīng)濟(jì)的高速增長,帶動(dòng)了建筑業(yè)的快速、持續(xù)的發(fā)展。由于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)物和大型設(shè)備基礎(chǔ)大量的出現(xiàn),大體積混凝土也被廣泛采用,大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度裂縫日益成為建筑工程技術(shù)人員面臨的技術(shù)難題。本文從分析大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因入手,試圖找出影響裂縫大小的因素,總結(jié)出有價(jià)值的控制措施,供工程技術(shù)人員參考。
1 大體積混凝土的概念
什么是大體積混凝土？目前尚無統(tǒng)一定義。美國混凝土學(xué)會(huì)有過規(guī)定:“任何就地澆筑的大體積混凝土,其尺寸之大,必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題,以最大的限度減少開裂”。日本建筑學(xué)會(huì)(JASSS)標(biāo)準(zhǔn)的定義是:“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm 以上,同時(shí)水化熱引起的混凝土內(nèi)最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計(jì)超過25℃的混凝土稱之為大體積混凝土”。這些定義比較具體,也便于應(yīng)用,但作為定義是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/DIV>
２ 大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因及影響因素分析
大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫, 是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。一方面是溫度變化引起的應(yīng)力和應(yīng)變;另一方面是混凝土自身的強(qiáng)度和抵抗變形的能力,混凝土溫度變化產(chǎn)生的變形受到混凝土內(nèi)部或外部的約束后, 將產(chǎn)生很大的應(yīng)力。一旦溫度應(yīng)力超過混凝土能承受的抗拉強(qiáng)度時(shí),即會(huì)出現(xiàn)裂縫。水泥水化過程是大體積混凝土中的主要溫度因素。水泥在水化過程中要發(fā)出一定的熱量,而大體積混凝土結(jié)構(gòu)物一般斷面較厚,水泥發(fā)出的熱量聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不易散失。通過實(shí)測,水泥水化熱引起的溫升,在水利工程中一般為15℃～25℃,而在建筑工程中一般為20℃～30℃,甚至更高。由于混凝土的導(dǎo)熱性能較差,澆筑初期混凝土的強(qiáng)度和彈性模量都很低,對水化熱引起的急劇溫升約束不大,相應(yīng)的溫度應(yīng)力也較小。隨著混凝土齡期的增長,彈性模量的增高,對混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也就愈來愈大,以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。在大體積混凝土施工中,考慮溫度應(yīng)力的影響,并設(shè)法降低混凝土內(nèi)部的最高溫度,減小其內(nèi)外溫差。這又涉及混凝土的各種組成材料的特性,結(jié)構(gòu)物的體型大小,約束條件等諸多因素。具體而言, 其影響因素為水泥品種,水泥用量,摻合料,化學(xué)外加劑,施工工藝,環(huán)境溫度,骨料溫度,養(yǎng)護(hù)條件等等。
３ 大體積混凝土溫度裂縫的控制
大量的研究表明,大體積混凝土結(jié)構(gòu)物中的溫度裂縫是不可避免的,重要的是采用合理的措施來防治和控制裂縫的發(fā)展。防止大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫應(yīng)從兩方面出發(fā),一方面應(yīng)從控制溫度、改善約束,即從減小溫度應(yīng)力著手;另一方面應(yīng)盡可能設(shè)法提高混凝土抗裂能力,改善混凝土自身性能,但這些措施不是孤立的,而是相互聯(lián)系、相互制約的,必須結(jié)合實(shí)際,全面考慮, 合理采用。
(1)合理選擇原材料,優(yōu)化混凝土配合比。選擇混凝土原材料,優(yōu)化混凝土配合比的目的是石混凝土具有較強(qiáng)的抗裂能力,具體來說,就是要求混凝土的絕熱溫升較小,抗拉強(qiáng)度較大、極限拉伸變形能力較大、熱強(qiáng)比較小,自生體積變形最好是微膨脹,至少是低收縮。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)主要有以下幾條:水泥品種選擇及數(shù)量要求。水泥水化產(chǎn)生的水化熱是大體積混凝土發(fā)生溫度變化而導(dǎo)致體積變化的主要根源。由于礦物成分及摻合料含量的不同,水泥的水化熱差異較大。為了降低水泥的水化熱、減小混凝土的體積變形,大體積混凝土一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外,除采用水化熱低的水泥外,要減少溫度變形,還應(yīng)千方百計(jì)地降低水泥用量。摻用混合材料。摻加摻合料可以有效降低水化的峰值溫度, 推遲水化溫峰的出現(xiàn)時(shí)間,隨摻合料摻量的增大,溫峰出現(xiàn)的時(shí)間延遲, 目前主要是粉煤灰摻的較多。摻外加劑。摻減水劑可有效地降低混凝土的單位用水量,從而降低水泥用量。緩凝型減水劑還有抑制水泥水化作用,可降低水化溫升有利于防裂。還可延遲水化熱釋放速度,熱峰也有所降低。這種減水劑可以緩凝,在大體積混凝土中可以避免冷接縫,提高工作性及流動(dòng)性,有利于泵送。對收縮及抗拉強(qiáng)度幾乎沒有什么影響宜推廣采用。精心設(shè)計(jì)、調(diào)整混凝土的骨料粒徑和級配。如盡可能采用大的骨料最大粒徑。最大粒徑越大,骨料的空隙率和表面積越小,混凝土的水泥漿及水泥用量就越小嚴(yán)格控制砂石骨料的含泥量,在保證混凝土強(qiáng)度及流動(dòng)條件下, 盡量節(jié)省水泥, 降低混凝土絕熱溫升。
(2)合理進(jìn)行溫度控制。 對于大體積混凝土的溫度控制,主要考慮三個(gè)特征值:入模溫度、最高溫度及養(yǎng)護(hù)溫度。入模溫度控制 混凝土的入模溫度取決于各種原材料的初始溫度,主要方法是施工時(shí)加冰冷卻拌合水、骨料、水泥, 盡量選擇較低氣溫時(shí)段澆筑砼;在混凝土運(yùn)輸工具上覆蓋麻袋, 并經(jīng)常噴灑冷水降溫。最高溫度控制 在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管,利用冷卻水管內(nèi)流通的制冷水帶走大體積混凝土內(nèi)部積聚的水泥水化熱,削減澆筑層水化熱溫升。這種方法因具有適用性和靈活性,以及能夠控制整個(gè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部溫度,所以在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。養(yǎng)護(hù)溫度控制 大體積混凝土的裂縫,特別是表面裂縫,主要是由于混凝土中產(chǎn)生了溫度梯度。為了使大體積混凝土的內(nèi)外溫差降低,可采用混凝土表面保溫的方法,使混凝土內(nèi)外溫差降低。常用的保溫材料有模板、草袋、濕砂、鋸末等 ,保溫材料不僅要放置在混凝土的表面, 還要注意結(jié)構(gòu)物四周的保溫, 保溫時(shí)間不少于28天。
(3)分縫分塊澆筑。分縫分塊有兩方面的目的:一是為了便于施工,將龐大的壩體逐塊逐層地進(jìn)行澆筑;同時(shí)為了防止裂縫,減小基礎(chǔ)塊的尺寸,增加散熱面,從而降低施工期間的溫度應(yīng)力,以減小產(chǎn)生裂縫的可能性。
(4)加強(qiáng)施工溫度監(jiān)測。對大體積混凝土內(nèi)部各部位進(jìn)行溫度跟蹤監(jiān)測,可以及時(shí)準(zhǔn)確地掌握混凝土各個(gè)部位的溫度變化,以便采取處理措施降低內(nèi)部溫度,保證工程質(zhì)量。 混凝土溫升最快的階段在澆筑后的1～5d,在這段期間,宜每30 min讀取數(shù)據(jù)一次,以后數(shù)據(jù)的讀取時(shí)間可以延長,建議在混凝土澆注后的6～20d,每3 h讀取一次數(shù)據(jù),澆注后的21～30 d,每6h讀取一次數(shù)據(jù)。
(5)采用先進(jìn)的施工技術(shù)。在加強(qiáng)混凝土質(zhì)量控制的同時(shí),應(yīng)積極推廣新技術(shù)、新材料與新工藝的應(yīng)用,以減少混凝土的開裂。
(6)合理組織施工。在施工過程中精心安排混凝土施工時(shí)間,在高溫季節(jié)施工時(shí),混凝土澆筑時(shí)間盡量安排在16 時(shí)至翌日上午10 時(shí)前進(jìn)行,以減少混凝土溫度回升。新舊混凝土澆筑間隔時(shí)間為5～7d,相鄰澆筑壩塊高差控制在8 m以內(nèi)。綜上所述,混凝土的物理力學(xué)性質(zhì)決定了大體積混凝土溫度裂縫是不可以避免的,掌握混凝土裂縫的產(chǎn)生原因?qū)τ谶M(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工是極為重要的。從材料質(zhì)量、施工技術(shù)、環(huán)境狀態(tài)等方面采取措施綜合治理,使混凝土結(jié)構(gòu)工程更趨于合理、安全。
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| 原作者： 孫永清 |
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