浅谈大体积混凝土裂缝控制

张亚兴

1 概述

随着国内经济飞速发展,工程建设中涉及到大体积混凝土也越来越多。大体积混凝土由于水化发热、收缩变形等因素容易产生裂缝,稍有不慎将会造成不可估量的损失。因此对如何控制大体积混凝土的质量引起人们普遍重视。关于防止大体积混凝土温度裂缝的措施有很多,文中结合大体积混凝土产生裂缝的主要原因,提出防止大体积混凝土裂缝产生的一些措施。

2 产生裂缝的主要原因

2.1 水泥水化热

水泥在水化过程中要释放出大量的热量,而大体积混凝土结构由于断面较厚,体量较大,水泥水化产生的热量聚集在结构内部而无法及时散发出去,以至于热能越聚越大,使内外温差增大,因而出现初期裂缝(就是在混凝土浇筑的升温期,由于水化热在混凝土浇筑后2 d～3 d温度急剧上升,3 d～5 d达到内部的最高温度,从而混凝土内部拉应力超过混凝土的抗拉应力引起的裂缝)。

2.2 混凝土收缩

大体积混凝土收缩产生的裂缝主要有降温收缩裂缝和干燥收缩裂缝。降温收缩裂缝是指大体积混凝土浇筑凝结后,经过约3 d～5 d,内部温度达到峰值,然后开始缓慢降温。此时,温度变化使混凝土产生体积胀缩,处在地基等约束条件下的混凝土开始产生裂缝。干燥收缩裂缝是指由于混凝土水泥水化过程用水量远低于拌合水用量,在混凝土浇筑硬化后,拌合水中的多余部分蒸发,从而使混凝土体积缩小产生的裂缝。值得注意的是在降温时其降温收缩与干燥收缩叠加在一起,处于约束条件下的混凝土常常容易产生裂缝,在施工与监控过程中应特别注意。

2.3 外界气温变化

大体积混凝土在施工时,混凝土的浇筑温度会随着外界气温变化而变化。特别是当气温骤变,会大大增加内外层混凝土温差,从而引起混凝土内部温度应力急剧增大,这对大体积混凝土结构极为不利,因此,应采取对应控制措施将温差控制在最小范围。

3 保证大体积混凝土质量的措施

3.1 原材料选择

1)选用适宜品种的水泥。水泥用量与混凝土内部最高温升有直接的关系,因此,在保证设计强度的前提下优先选用高标号的水化热低、水化热不集中的水泥品种,以减少水泥用量,降低水化热。如可选用高标号的矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥或复合水泥等。

2)使用适量的粉煤灰。粉煤灰中含有大量的活性SiO2和Al2O3等化学成分,同时可以替代部分水泥来提高混凝土强度,特别是后期强度,在混凝土中添加一定量的粉煤灰,则增大混凝土的流动性,降低水化热,有实验表明每掺加10 kg粉煤灰替代等量的水泥,混凝土的温升可降低1℃左右。但对于大掺量粉煤灰混凝土(粉煤灰掺量I＞40%),混凝土拌合物需水量增加,易泌水离析,造成混凝土表面易起砂、干缩性加大、早期强度较低等不足,在工程中要注意。

3)选择适当的外加剂。可根据设计要求在混凝土中掺加一定用量外加剂,如防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂等外加剂。以UEA混凝土膨胀剂为例,将10%～12%掺入(取代水泥率)水泥中,可拌制成补偿收缩混凝土,在钢筋和邻位约束下,可在混凝土中建立0.2 MPa～0.7 MPa的预应力,这一预应力大致可抵消混凝土干缩拉应力,使结构不裂或控制在无害裂缝范围内。

4)选择适当的骨料。粗骨料宜采用连续级配,并尽量选取粒径上限。例如采用5 mm～40 mm粒级的石子和采用5 mm～25 mm粒级的石子,在相同水灰比情况下,每立方米混凝土用水量约可减少15 kg,水泥用量约可节省20 kg。但骨料粒径过大,容易引起混凝土的离析,影响混凝土的质量,故必须进行级配优化,同时,应严格控制骨料中的含泥量。在混凝土的级配中,应当在满足施工的条件下,尽可能地降低砂率。在选择细骨料时,应以中、粗砂为宜。

3.2 浇筑控制

1)控制混凝土浇筑温度。混凝土从搅拌机出料,经过运输、泵送、浇筑、振捣等工序后的温度称为混凝土的浇筑温度。一般浇筑温度每提高10℃,混凝土内部温度约上升3℃～5℃。因此,降低浇筑温度,这对保证混凝土质量是有利的。一般在施工中可采用降低水和骨料温度的方法降低混凝土浇筑温度,如夏天必要时可采用含有冰块的水搅拌混凝土;同时在施工中还可以采用减少装卸转运次数、在混凝土泵管上覆盖湿麻袋、混凝土浇筑在一天中气温较低时进行的方法,以及运用在晚上浇筑等辅助措施来降低混凝土浇筑温度。

2)采用二次振捣。在施工中采取二次振捣,从而减少混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部产生的水分和空隙,提高混凝土和钢筋间的握裹力,防止因混凝土沉落产生裂缝,同时还可以减少内部微裂缝,增加混凝土密实度,有效地提高混凝土抗裂性。

3.3 混凝土养护

1)混凝土浇筑后,要在其表面不断地补给水分,目前常州的通常做法是在表面盖一层塑料薄膜,然后根据计算覆盖一定厚度的保温层,如湿麻袋或草袋等,这样水既可以渗入又可以起到保温作用。2)在混凝土内外温差计算值过大时,建议在混凝土内部预埋水管,通入冷却循环水,降低混凝土内部温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行。但此方法的采用应根据测温情况严格控制冷却循环水开关,如果调控不当,将产生严重后果。笔者参与检测的某工程因施工工期较紧,为了抢工期施工方擅自进行冷却循环水开关,致使混凝土内部温度忽高忽低,降温速度时快时慢,后经检测单位制止才停止,即使这样也使混凝土表面局部产生裂缝,影响了混凝土质量。3)保温养护的持续时间,应根据温度应力(包括混凝土收缩产生的应力)加以控制、确定,但不得少于15 d。保温覆盖层拆除应分层逐步进行。如某工程在混凝土浇筑完毕5 d后就将所有保温材料撤除,使混凝土直接暴露在空气中,致使混凝土表面干燥、内外温差过大,从而使混凝土表面产生干燥收缩裂缝。4)在拆模后,应及时采取保护措施,尽快回填土(土是最佳的养护介质)。如果拆模后无法进行养护,则应延长拆模时间。

4 结语

只要尊重大体积混凝土的特性,经过科学的资源选配,采取切实有效的措施,做好混凝土养护工作,控制和监测好混凝土的浇筑温度,就可以最大限度地防止有害裂缝的产生。

[1] GB 1596-2005,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

[2] YJG F22-92,UEA补偿收缩混凝土防水工法[S].

[3] YBJ 224-91,块体基础大体积混凝土施工技术规程[S].

[4] 孙宏明,姚安全,操三齐.浅谈大体积混凝土的裂缝控制措施[J].山西建筑,2008,34(27):190-191.