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浅谈大体积高性能混凝土裂缝控制及预防

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来源:     2015-08-14 浏览次数:
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      一.大体积混凝土裂缝类型 
  在大体积高性能混凝土施工浇捣过程中容易产生较大的水化热,从而引起附加温度应力,混凝土收缩受阻而产生收缩应力。当附加的温度应力或收缩应力大于混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝。 
   1.表面裂缝 
  大体积混凝土浇注后一段时间,内部水化热不易散失,外部混凝土散热较快,水化热温升随壁(板)厚度增加而加大,混凝土内外形成一定的温度梯度。无论温升阶段或温降阶段,混凝土中心温度总是高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩原理,中心部分混凝土膨胀速率要比表面混凝土大。因此,混凝土中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其他外部边界约束的共同作用,使混凝土内部产生压应力,混凝土表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时,表面拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,混凝土表面产生裂缝。在升温阶段,混凝土未充分硬化,弹性模量小,徐变影响较大。因此拉应力较小,只引起混凝土表面裂缝。 
  2.贯穿裂缝 
  随着水泥水化反应的结束及混凝土的不断散热,大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段。温度降低,混凝土体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发,降温阶段混凝土中心部分与表面部分的冷缩程度不同,在混凝土内部产生较大的内约束,同时地基与边界条件也对收缩的混凝土产生较大外约束。内外约束的作用,使收缩的混凝土产生拉应力,随混凝土的龄期增长,抗拉强度增大。弹性模量增高,徐变影响减小。因此降温收缩产生的拉应力较大,易在混凝土中心部位形成较高拉应力区,若此时的混凝土拉应力大于混凝土此龄期的抗拉强度,则大体积混凝土产生贯穿裂缝。 
  二.大体积高性能混凝土裂缝控制 
  1.控制混凝土的出机温度及浇灌温度 
  混凝土的出机温度影响最大的是石子及水的温度,砂的温度次之。在气温较高时,拌和混凝土时可用低温水或冰水搅拌混凝土,同时防止太阳的直接照射,砂石料场设置遮阳蓬。 
  2.大体积高性能混凝土施工控制 
   (1)混凝土施工分层、分段对称连续浇注,加强振捣确保混凝土的密实度,浇筑和振捣过程中要注意下列问题:在浇筑工序中,控制混凝土的均匀性和密实性,混凝土由泵车卸出进行浇筑时,其自由倾落高度一般不宜超过2m,在竖向结构中浇筑混凝土的高度不得超过3m,防止混凝土的分层离析,振动棒使用时不能将振动棒太靠近模板或钢筋,使模板和钢筋受到强烈的振动而产生走动、位移或变形,致使混凝土产生裂缝。 
   (2)合理选用原材料,采用“双掺法”优化配置比设计,尽可能降低混凝土的水化热,并有适宜的早期强度和较好的施工性能,(初凝时间不少于6h,坍落度控制在12~350px,保证有良好的可泵性、泌水小、流淌斜度相对较小等)。 
   (3)在设计允许条件下,视工程情况减小浇筑面积,减少混凝土的体积,使温度应力和收缩应力相应减少,抗裂强度得到改善。 
   (4)选择合理的浇灌工艺,在规定的区段内保证连续浇灌。选择合理的浇灌路线,按斜面分层推进,确定每层的厚度及在初凝之前能被新浇混凝土覆盖的单位时间需要入模的混凝土量,确定混凝土供应量及必要的设备投入,防止“冷缝”。夏季采用降低原材料入机温度,混凝土输送管上加湿草袋覆盖, 喷水降温等措施,降低混凝土入模温度。把握二次振捣时机,消除沉缩裂缝;作好初凝之后终凝之前的表面压抹消除表面裂纹。消除在降温阶段出现应力集中的隐患。采取监测手段,提供水化热温升及内外温差和降温梯度信息,以便确认或调整施工措施,使混凝土在硬化阶段得到良好的保温蓄热养护,以利控制温度裂缝。大面积混凝土主要是控制收缩应力,注意二次振捣消除沉缩裂缝,大面积板面更作好初凝后终凝前的压抹面消除表面裂缝。 
  三、防止大体积高性能混凝土裂缝措施 
  1.严格控制混凝土的配合比,在满足强度、密实性、耐久性、抗渗等级和泵送混凝土的和易性(即塌落度及其损失)要求的前提下,最大限度地控制混凝土的水泥用量,以及采用双掺技术(优质粉煤灰或磨细矿渣加上高效减水剂),并按设计强度、抗渗标号通过实验确定最佳配合比。另外,水灰比是对抗渗性起决定作用的因素,在明挖车站主体结构中,必须限制水灰比的最大限值为0.45。 
  2.车站结构的顶板、底板和侧墙的混凝土采用高性能补偿收缩混凝土。C30高性能补偿收缩混凝土配合比的单位水泥用量不大于370kg/m3,要求结硬后的实体混凝土早期强度不低于设计值的70%~80%。 
  3.严格控制混凝土的入模温度,夏季高温季节施工时,尽量利用夜间施工,采取措施降低混凝土的入模温度(视环境温度尽量降低至25℃以下为最好)。 
  4.混凝土浇筑后,加强保温养护,为了防止混凝土冷却时降温过快,造成过大的温差,就需要在冷却过程中采用保温养护,控制散热过程并防止混凝土表面温度的骤然变化,采用信息化施工,每隔2h量测一次温度,根据量测的温度指导养护和拆模。 
  5.正确的养护措施会降低混凝土的干燥速率,延缓表层水分损失,尤其是早期头几个小时和浇注当天的养护。模板外侧经常保持湿润,木模宜浇水,钢模则可外辅保水的覆盖层,规定的保水养护时间为10d,在车站出入口和进风口加以围蔽,尽可能防止干燥空气流入。混凝土的整个养护时间大于14d。 
  6.车站顶板混凝土浇筑完毕后,立即收水加盖湿草包养护不少于14d,能做到蓄水养护则最理想。并且要及时施做防水层和回填覆土,顶板的底层面要注意保温养护。 
  7.车站结构按施工流程设置后浇带,后浇带的间距根据外界气温条件宜控制在18~24m。从混凝土配比设计、原材料控制及混凝土灌注各个环节采取措施防止混凝土产生开裂。 
  8.混凝土配合比设计相关要求:在满足设计标号的前提下,即在平均强度、强度保证率和耐久性等方面满足设计要求时,把水泥用量降到最低程度。在施工条件许可的范围内,尽可能降低用水量。采用不同粒径的砂石料进行掺配试验,经过多次筛选,确定合理的集料掺配比例,使混凝土空隙率降至最低,密实度增加。密切注意和易性对施工质量的影响,确保施工混凝土和易性良好。掺加粉煤灰,改善混凝土和易性,降低水化热。 
  9.混凝土原材料选用注意事项如下:使用体积安定性好的水泥。采用中砂。选择结构密实,并有足够强度的优良骨料,并严格控制诸如云母、粘土、碱性物质等有害物质的含量及针、片状骨料的含量。严格控制砂石料的含泥量,减少由于过多含泥量而增加混凝土收缩。采用饮用水拌制。 
  10.混凝土供注意事项如下:实行搅拌站(商品混凝土拌和站)、搅拌车及泵车供料方式,定点布料,提高工作效率,提高施工时混凝土的匀质性和整体性。加强指挥调度,施工现场与搅拌站之间设常驻代表,设置调度电话,建立调度会议,发现问题及时处理。实施严格的平面管理,各种作业场地、机具材料按规定的区域和地点操作堆放,车辆行驶路线分区规划安排,避免混乱。搞好场地和便道硬化质量,搅拌车在场内运输正常。在确保混凝土具有良好的和易性和温度要求(拌合温度和浇筑温度)的情况下,在操作过程中突出一个“快”字,以满足结构整体连续浇筑的需要。 
  11.混凝土施工注意事项如下:配专业熟练工人施工混凝土,提高施工质量。合理确定结构施工分段,降低水化热。采用分段分层浇筑的方法,每层混凝土厚度不超过振动棒长的1.25倍;在振捣上一层时,插入下一层混凝土内250px,且要在下层混凝土初凝之前进行。温度控制是防止出现温度裂缝的核心,为此:尽量不安排在高温天气浇筑,否则先采取洒水降温措施;严格控制混凝土入模温度不能过高;及时养护,防止发生早期干缩裂缝;不过早拆模,拆模后加强养护至少14d以上;控制混凝土表面温度与周围温差小于15℃,防止表面出现裂缝。模板及支撑事先进行分析计算,确保强度、刚度及稳定性满足混凝土施工要求,防止产生过大变形。防止因钢筋锈蚀,进而产生锈蚀膨胀,使混凝土保护层内出现裂缝,为此:钢筋架高离地堆放,雨天蓬布遮盖,防止产生锈蚀。锈蚀严重的钢筋严禁使用;采取措施保证混凝土保护层厚度足够;加强振捣使混凝土密实,防止因振捣不密实,出现裂缝进而导致钢筋进一步锈蚀的现象。结构混凝土未达到设计强度前,严格控制外部荷载对混凝土产生影响,为此:禁止重型设备频繁从旁经过;不在结构表面堆重物;中板支架的拆除时间严格控制;不过早拆除支撑。 
  四.结束语 
  对于大体积高性能混凝土裂缝,应以预防为主,为此需要精心设计、施工,掌握住它的基本知识,并根据实际采取有较措施,会使施工质量得到很好的保证。以上各项技术措施并不是孤立的,而是相互联系、相互制约的,设计和施工中必须结合实际、全面考虑、合理采用,才能起到良好的效果。
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