大体积混凝土温度裂缝的防治措施

朱建军

1 概述

伴随着市场经济及科学技术的高速发展,大中城市出现了很多高层乃至超高层大型建筑,大体积的混凝土也越来越多的得到应用,大体积泵送混凝土施工工艺随之而诞生。但工程中泵送大体积混凝土施工后的构件很容易产生不同程度的温度裂缝,严重影响工程质量。针对这个问题,本文结合实践经验,分析大体积泵送混凝土温度裂缝产生的原因和特点,提出相应的防治措施。

2 大体积混凝土温度裂缝的成因和特点

2.1 大体积混凝土温度裂缝的成因

大体积混凝土裂缝的产生是由混凝土原材料和配比、施工技术和设备条件等引起的。泵送混凝土配比中的水泥用量较多、添加不同的掺合物、砂率偏大、水灰比受限和添加泵送剂等是致使裂缝产生的主要原因之一;而在施工过程中,混凝土原料的计量不准确、拌合物过干或过稀、泵送后混凝土均匀性差、振捣不密实不均匀,都极易产生大体积混凝土的裂缝。

混凝土材料发生物理及化学变化也是大体积混凝土产生温度裂缝的主要原因,水泥水化过程中产生大量的热量,当水泥用量达到350 kg/m3～550 kg/m3时,每立方米混凝土将放出17 500 kJ～27 500 kJ的热量,会使混凝土内部温度升高。因为混凝土内部和表面的散热条件不同,形成了温度梯度,势必造成温度变形和温度应力,温度应力和温差成正比。当温度应力超过混凝土的内外约束力(包括混凝土的抗拉强度)时,就会产生裂缝。混凝土的混合料在不同的温度条件下凝结硬化,会产生体积变形,水泥石的干燥和冷却收缩大,而集料的干燥和冷却收缩小,同时水泥石和集料之间相互粘结形成约束,从而产生变形裂缝。

2.2 大体积混凝土温度裂缝的特点

该类裂缝宽度大、内应力小,对荷载的影响小,但对耐久性损害大。从裂缝形态上看,有的位置宽,有的位置窄,其宽窄不均匀。

3 大体积混凝土温度裂缝的防治措施

3.1 选择合理原材料和配合比

1)水泥品种的选择。大体积混凝土引起裂缝的主要原因就是水泥水化热的大量积聚,使混凝土出现早期升温和后期降温而产生内部和表面的温差。因此应选择水化热适当的水泥,如中热硅酸盐水泥或者低热矿渣硅酸盐水泥,这是减少温差的主要措施,在掺加泵送剂或粉煤灰时,也可以选用矿渣硅酸盐水泥。2)控制水泥用量。根据大量试验研究和工程实践证明,每立方米混凝土的水泥用量增减10 kg水泥,其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低1℃。因此,为了更好的控制水化热所造成的温度升高,减少温度应力,可以根据工程结构实际承受荷载的情况,对工程结构的刚度和强度进行复核与验算,并取得设计部门的同意后,可以用56 d或者90 d的抗压强度来代替28 d的抗压强度作为设计强度,这样一来可以相应减少水泥用量,如果充分利用混凝土的后期强度,则可以使每立方米混凝土水泥用量减少40 kg～70 kg左右,混凝土温度相应降低4℃～7℃。3)适当掺加掺合料。国内外大量试验研究和工程实践证明,混凝土中掺入一定量优质的粉煤灰后,不但能代替部分水泥,起到润滑作用,改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性,还可以改善混凝土的可泵性,降低产生的水化热,改善了混凝土的后期强度。4)正确使用外加剂。水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂使混凝土用水量减少25%,在保持混凝土强度的条件下可减少15%水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充。而减水防裂剂还可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形。5)选用质量优良的粗细骨料。粗骨料选用时根据结构最小断面尺寸和泵送管道内径选择合理的最大粒径。细骨料选用时宜采用级配良好的中砂。泵送混凝土也宜选用合理的砂率,砂率过大不仅影响混凝土的强度,而且能增大收缩和裂缝。

3.2 控制混凝土的出机温度和浇筑前后温度的变化

1)为了降低混凝土的出机温度和浇筑温度,最有效的方法是降低原材料温度,要最有效的降低石子温度,在气温较高时,防止太阳直射,在砂石堆积场搭设简易遮阳棚,必要时可以向堆积场的骨料喷淋水,或者在使用前用冷水冲洗集料。2)冷却搅拌运输车罐体、泵送管道保温也是必要的措施。3)浇筑混凝土时减少混凝土的厚度,利用浇筑层面散热。4)在混凝土中埋设水管,通入冷水降温。5)规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度;施工中长期暴露的混凝土表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施。

3.3 改进施工工艺

1)搅拌工艺。实践证明采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石工艺,可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上,使硬化后界面过渡层结构致密、粘结力增大,从而提高混凝土强度、节约水泥,这样减少了水化热而避免裂缝产生。2)振捣工艺。对浇筑的混凝土在终凝前进行二次振捣,可排除混凝土因泌水在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分,提高粘结力和抗拉强度,并减少内部裂缝余气孔,提高抗裂性。3)养护工艺。养护方法分为保温法与保湿法,大体积混凝土浇筑完毕后,应当在12 h内加以覆盖和浇水,采用普通硅酸盐水泥拌制的混凝土养护时间不得少于14 d;采用矿渣水泥、火山灰水泥等拌制的混凝土养护时间不得少于21 d,必须切实做好严格按照要求定时定点进行浇水养护。4)覆盖地膜。混凝土浇筑完成后,浇水养护比较重要,混凝土覆盖地膜后起到一个保温保湿的作用,混凝土在适宜的温度、湿度条件下凝结硬化、水化充分而完全,温度没有形成急剧下降,会有效的减少温度裂缝的产生。5)合理的分缝分块。大体积混凝土结构在允许的情况下合理分割缝隙、分块,可减小裂缝。6)控制拆模时间。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间,以免引起混凝土表面的早期裂缝。在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面附加一拉应力,与水化热应力叠加,再加上混凝土干缩,表面的拉应力达到很大的数值就有导致裂缝的危险。7)设置后浇缝。当大体积混凝土平面尺寸过大时,可适当设置后浇缝,以减少温度应力和外应力;同时也有利于散热,降低混凝土的内部温度。

4 结语

大体积混凝土的裂缝已成为通病,大体积泵送混凝土温度裂缝尤其普遍,已严重影响了工程结构的质量,因此,我们应当结合工程结构的实际情况,合理地选用原材料及适当的配合比,掺加必要的掺合料及添加剂,充分利用混凝土的晚期强度,减少水泥用量;精心组织设计施工工艺方案,确保工程结构的质量,尽量减少温度裂缝的产生。

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