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大體積混凝土裂縫控制技術
2018-06-19 08:51  

大體積混凝土裂縫控制技術

   大體積混凝土由于水泥凝結硬化過程中釋放出大量的水化熱,形成較大的內外溫差,當溫差較大超過25℃時,混凝土內部的溫度應力有可能超過混凝土的極限抗拉強度從而產生溫度裂縫,同時混凝土降溫階段如果降溫過快,由于厚板收縮,又受到強大的摩阻力,可能導致收縮貫穿裂縫。
  此外,混凝土本身的收縮也可能造成裂縫的產生。因此大體積混凝土存在的主要問題是裂縫的控制。
  目前國內對于大體積混凝土尚無一個明確的定義。日本建筑學會(JASS5)中規定:結構斷面最小尺寸在80 cm以上,同時水化熱引起混凝土內的最高溫度與外界氣溫之差,預計超過25℃的混凝土,稱之為大體積混凝土。我國有的規范認為,當基礎邊長大于20m,厚度大于1 m,體積大干400m3時稱大體積混凝土;有的則認為混凝土結構物實體最小尺寸等于或大于1 m,或預計會因水泥水化熱引起混凝土內外溫差過大,導致裂縫的混凝土為大體積混凝土。
  大體積混凝土的主要類型目前主要根據混凝土的種類和要求的性能進行分類。按照混凝土種類主要分為不含鋼筋的素混凝土、含鋼筋的鋼筋混凝土或摻入鋼纖維的鋼纖維混凝土,按照要求的性能主要分為干硬性混凝土、低流態混凝土、高流態混凝土和常態混凝土等。
  大體積混凝土的特點為大體積混凝土結構厚、體形大、鋼筋密、一次澆注量大、施工時間長、施工工藝要求高、受環境影響大,澆注完畢后,由于體積過大,造成混凝土水化熱大,溫度場梯度大,混凝土內熱外冷極易產生裂縫。工程實踐證明,大體積混凝土施工難度比較大,混凝土產生裂縫的機率較多。   
  一、大體積混凝土裂縫的主要類型   
  1 干縮裂縫
  混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。是混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果:混凝土受外部條件的影響,表面水分損失過快,變形較大,內部濕度變化較小變形較小,較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束,產生較大拉應力而產生裂縫。
  2 塑性收縮裂縫
  塑性收縮裂縫一般在于熱或大風天氣出現,裂縫多呈中間寬、兩端細,且長短不一,互不連貫狀態。常發生在混凝土板或表面積較大的墻面上,較短的裂縫一般長20-30cm,較長的裂縫可達2-3m,寬15mm。從外觀分為無規則
網絡狀和稍有規則的斜紋狀或反映出混凝土布筋情況和混凝土構件截面變化等規則的形狀,深度一般31 0 cm,通常延伸不到混凝土板的邊緣。
  3 沉陷裂縫
  沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟,或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致?;蛘咭驗槟0鍎偠炔蛔?,模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致混凝土出現沉陷裂縫。特別是在冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產生不均勻沉降,致使混凝土結構產生裂縫。
  4 溫度裂縫
  溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中?;炷翝沧⒑?,在硬化過程中,水泥水化產生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大,大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發,導致內部溫度急劇上升。而混凝土表面散熱較快,這樣就形成內外的較大溫差。較大的溫差造成混凝土內部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時,混凝土表面就會產生裂縫,這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。   
  二 大體積混凝土裂縫的材料控制技術   
  1 水泥的合理選取
  優先選用收縮小的或具有微膨脹性的水泥。因為這種水泥在水化膨脹期(15 d)可產生一定的預壓應力,而在水化后期預壓應力部分抵消溫度徐變應力,減少混凝土內的拉應力,提高混凝土的抗裂能力。水泥強度等級為32.542.5級。
  2 骨料的合理選取
  選擇線膨脹系數小、巖石彈性模量低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料,這樣可以獲得較小的空隙率及表面積,從而減少水泥的用量,降低水化熱,減少干縮,減小了混凝土裂縫的開展。砂宜選用粗砂或中砂,含泥量小于等于3%;石子為0.5—3.2mm粒徑的碎石或卵石均可。
  3 盡可能減少水的用量
  水對混凝土具有雙重作用,水化反應離不開水的存在,但多余水貯存于混凝土體內,不僅會對混凝土的凝膠體結構和骨料與凝膠體間的界面過度區相的結構發展帶來影響,而且一旦這些水分損失后,凝膠體體積會收縮,如果收縮產生的內應力超過界面過度區相的抗力,就有可能在此界面區產生微裂縫,降低混凝土內部抵抗拉應力的能力。再者,大體積混凝土一般強度都不是很高。
  4 外加劑選用木質素磺酸鈣,根據氣溫調整其摻量,氣溫高時,摻量較大,氣溫低是摻量減少,夏季摻量為水泥用量的0.35%,冬季摻量為水泥用量的0.2%,春秋季摻量為水泥用量的0.25 %。

三 混凝土凝結硬化過程的控制   
  宏觀上,硬化混凝土在約束條件下,收縮變形會產生彈性拉應力,拉應力的近似值最初可假定為楊氏模量和變形的乘積,當誘導拉應力超過混凝土的抗拉強度時,混凝土材料就會開裂。但事實上,由于混凝土是一種兼具粘性和延展性(徐變)的復雜相組成的非均質材料,一些應力被徐變松弛所釋放,混凝土是否產生裂縫是徐變應力松弛后的殘余應力所決定。
  混凝土振搗完畢應隨即覆蓋,最好用塑料布密封養護,防止混凝土脫水龜裂。加蓋保溫材料能有效控制因溫差應力而產生的裂縫。保溫材料的撤出時間應以混凝土內部和表面溫差以及表面和大氣的溫差均小于25℃為準。一般混凝土澆筑完畢,第三、四天為升溫的高峰,其后逐漸降溫,保溫材料的拆除以10天以上為宜,降溫速度不宜過快,以防溫差應力產生裂縫。
  在施工中,應隨時掌握混凝土的溫差動態,測溫工作至關重要??刹捎迷诨炷羶炔坎煌牟课宦裨O銅熱傳感器進行測溫,同時還配合使用普通玻璃棒式溫度計進行校驗,發現溫差有超過2 5的趨勢時,應及時加強保溫或減緩拆除保溫材料,以防止產生混凝土溫差應力裂縫。   
  四 外加劑與摻合材料的控制   
  1 粉煤灰
  混凝土中摻用粉煤灰后,可提高混凝土的抗滲性、耐久性,減少收縮,降低膠凝材料體系的水化熱,提高混凝土的抗拉強度,抑制堿集料反應,減少新拌混凝土的泌水等。這些諸多好處均將有利于提高混凝土的抗裂性能。但是同時會顯著降低混凝土的早期強度,對抗裂不利。試驗表明,當粉煤灰取代率超過20%時,對混凝土早期強度影響較大,對于抗裂尤其不利。
  2 硅粉
  (1)抗凍性:微硅粉在經過300-500次快速凍解循環,相對彈性模量隆低1020%,而普通混凝土通過25-50次循環,相對彈性模量隆低為3073(2)早強性:微硅粉混凝土使誘導期縮短,具有早強的特性。(3)抗沖磨、控空蝕性:微硅粉混凝土比普通混凝土抗沖磨能力提高0.5—2.5倍,抗空蝕能力提高316倍。
  3 減水劑
  緩凝高效減水劑能夠提高混凝土的抗拉強度,并對減少混凝土單位用水量和膠凝材料用量,改善新拌混凝土的工作度,提高硬化混凝土的力學、熱學、變形等性能起著極為重要的作用。
  4 引氣劑
  引氣劑除了能顯著提高混凝土抗凍融循環和抗侵蝕環境的能力外,能顯著降低新拌混凝土的泌水,提高混凝土的工作度,降低混凝土的彈性模量,優化混凝土體內微觀結構,提高混凝土的抗凍性能。   
  五 防止大體積混凝土結構裂縫的結構措施   
  包括合理分段,設置后澆帶,合理配置鋼筋,設置滑動層,設置緩沖層,設置應力緩和溝,對空洞周邊、變截面、轉交部位采取構造配筋措施。
  大體積混凝土結構裂縫的發生是由多種因素引起的。各類裂縫產生的主要影響因素有幾種:一是結構型裂縫,由外荷載引起的。二是材料型裂縫,主要由溫度應力和混凝土的收縮引起的。目前控制和解決的重點是溫度應力引起的混凝土裂縫。

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