大面积混凝土地面裂缝控制技术

许建云

(青岛力兴泰达新型建材有限公司, 山东莱西 266600)

1 大面积混凝土地面裂缝形成原因分析

主要在大面积混凝土地面浇筑、凝结硬化、养护的过程当中受到各种约束应力大于混凝土极限抗拉应力,便会在结构应力集中或者薄弱处产生裂缝[1],其成因可以分为几种。

1.1 混凝土收缩及地基压实度不足产生的裂缝

(1) 混凝土在水化热的过程当中仅有20%～25%的水分参与到当时的水化热当中,其余水分都蒸发损失掉了,施工振捣过程中如果出现过振或者混凝土配合比不合理造成表面浆体过多,水泥浆体与骨料之间出现不均匀沉降,保水措施或者压光措施未及时衔接,导致水分蒸发过快,收缩剧烈,便会形成混凝土塑性收缩裂缝,所以延长凝结时间,二次压光,减小水分过快散失也是阻断塑性收缩裂缝产生的一种常用手段。

(2) 地基的沉降,地基的压实度对混凝土裂缝的控制尤为重要,尤其边角位置容易漏压,开裂多发生在混凝土凝结硬化初期,边角压实度不够,重量引起的下沉大于混凝土的粘结拉应力,混凝土地面不均匀沉降也会引起裂缝,如果是软土地基就要提前进行换填或者硬化,地基应用碎石或者石粉进行铺平压实,良好的地基承载力是避免混凝土地面裂缝的先决条件,如果基层为半刚性水泥稳定碎石,7天无侧限抗压强度不足,自身沉降开裂,也会引起混凝土地面反射裂缝[2]。

1.2 施工环境及原材料引起的混凝土裂缝

(1) 施工环境也是引起裂缝的重要原因之一,外界的高温、大风、干燥、早晚剧烈的温差,都会造成混凝土失水过快,引起剧烈收缩;早晚温差越大,收缩越剧烈;风越大,表面失水就越快,越容易形成表面假凝及收缩裂缝,所以尽量避开高温、大风期浇筑[3]。

(2) 施工前应将基础润湿,避免原地基吸收混凝土水分引起混凝土缺水配合比变化、混凝土收缩[4],或将初终凝时间推迟到温度下降的时间段以内,来避免因高温蒸发带来的混凝土收缩裂缝,润湿的地面也会给混凝土地面以湿气养护的作用,例如厂房地面施工,尽可能地先将棚顶施工封闭,以形成遮阴的效果,避免表皮因温度过高急剧凝结收缩。

(3) 原材料以及配合比的设计在兼顾经济性的同时也要满足工作性、耐久性、以及抗弯拉强度,不同摊铺和浇筑方式下混凝土最大用水量、水灰比、含气量、凝结时间以及抗冻性也应符合要求,水泥应选用水热化低、凝结时间适中、安定性合格的普通硅酸盐水泥,如果熟料中所含的游离氧化钙、游离氧化镁过多或掺入的石膏过多,熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的,熟化很慢,在水泥硬化后才进行熟化,这是一个体积膨胀的化学反应,体积约增大1.5倍,引起水泥石开裂造成地面不稳定的膨胀开裂。

(4) 矿物参合料粉煤灰和粒化高炉矿渣粉的使用,在降低混凝土前期水化热和经济效益方面有一定的作用,包括矿粉会给后期强度带来一定的增长,总胶材宜比普通主体结构混凝土胶材少,胶材偏多即增加水化热引起开裂的风险。骨料堆场应封闭,排水良好,避免出现骨料暴晒过热,或者含水不均匀情况,粗骨料宜选用二级配的石子,含泥量合格,5～25 mm及16～31.5 mm的石子搭配,应在保证最小孔隙率和悬浮密实结构的情况下多用大粒径的粗骨料,形成骨料堆积密实结构,降低粗细骨料级配总孔隙率,降低水泥及浆体的用量,从而减小水化热,石子总量应经试验试配验证[5],砂应选用合成级配中砂偏粗一些,严禁使用含风化料的砂、含泥量超标的砂,不宜使用纯细砂,比表面积大,吸水高,需要更多的胶材去达到包裹性,容易引起收缩裂缝。

(5) 外加剂的使用在对抗混凝土收缩、凝结硬化过快、温度变化剧烈造成收缩等不利因素中也起到了至关重要的作用,夏季地面混凝土外加剂宜选用低减水高保塌型外加剂,相对比普通结构混凝土时应提高保塌组分的用量,用高保塌低减水来复配成品外加剂,根据气温和试验来选择适量白糖或者葡萄糖酸钠来作为缓凝剂,保证混凝土浇筑的状态和坍落度保持时间、延缓混凝土凝结时间,分不同的要求来复配外加剂,将先浇筑的混凝土凝结时间延缓到最长,中后期浇筑的混凝土凝结时间放短,延缓水化热反应,最终凝结成一体,避免出现前期浇筑过早硬化,无法与后期浇筑凝结到一起出现冷缝,最终配合比进行设计验证,保证各项指标和适用性满足现场施工需求,在施工浇筑过程中流动性、包裹性良好,以施工振捣过程中刚能提出浆来,粗细骨料充盈为宜,如此有利于减小收缩、并减小骨料的比表面积,减少胶材的用量,通过配合比以及外加剂的优化调整来达到最优的结构稳定性和缓慢的水化热效果,这几点在混凝土自身抵抗外部不利坏境因素以及开裂的过程当中起着重要的作用。

1.3 施工不规范与养护不足引起的裂缝

(1) 施工不规范,工序和运输车辆衔接不够紧密,施工间隙过长或施工延误造成前期已经初凝的混凝土无法和新浇筑的混凝土凝结硬化到一起而产生的裂缝,振捣、压光衔接不够紧密,或因高温、大风、失水过快未及时进行二次或多次抹压处理导致裂缝难以弥合[6]。

(2) 现场随意加水改变配合比;摊铺或者卸料不均匀;过度振捣致浆体上浮过多,板边板角振捣不密实,在凝结硬化过程当中都会引起收缩裂缝。

(3) 在凝结硬化直至达到设计强度的过程中,混凝土需要持续的温度和湿度来完成水化热反应,保湿不及时、失水过快、水化热集中释放容易形成收缩裂缝。在硬化收缩的过程当中夏季一般浇筑16～24 h即可切缝,冬季在72～96 h,强度在抗压标准值的20%～25%,以切割不飞边为准,切缝时间延误过久,强度增长越快,收缩越剧烈,收缩应力大于混凝土初期的抗拉应力,将会在薄弱处开裂[7]。

(4) 施工计划不当、未在地基薄弱处或板角设置加强筋,未在地基薄弱处留置施工缝,管道穿过处进行提前分割、提前设置诱导缝,未对有条件的大跨度地面进行分条幅或跳仓浇筑,导致混凝土膨胀收缩引起的裂缝[8]。

2 实际工程应用

以下就某新能源高端负极材料厂房项目,针对性地阐述了的大面积混凝土地面裂缝控制技术在实际施工过程当中的应用,该工程钢结构厂房11个,单个面积9 000 m2,每个厂房6跨,单跨65.0 m×22.5 m,单跨一次性浇筑,为追求工期上的进度,采用大型激光找平机,施工速度快、平整度高、施工幅度宽,大面积一体硬化,地面以下素土夯实(压实度93%),上铺200 mm C25素混凝土,硬化后切缝6 m×6 m方格。

浇筑之前与建设单位和施工单位进行混凝土施工使用技术交底,并进行了意见交换和现场踏勘,包括运距,现场路况、地基压实度、卸料速度和方式,现场养护水源及设备到位情况,在实际的浇筑的过程当中混凝土技术人员全程现场技术服务,协调反馈车辆、质量、凝结时间等情况,生产上保证原材料批次稳定,出厂检测合格,现场交货作好交货验收工作保证施工使用性,外加剂根据凝结时间需求分罐复配使用,将先浇筑的或者高温时间浇筑的混凝土凝结时间延长,防止凝结时间过快引起的剧烈收缩裂缝,傍晚浇筑的将凝结时间缩短回正常值,以防止因气温降低无法完成收面工作,使整体浇筑的混凝土缓慢凝结成一体,运输与浇筑、振捣、压光等工序上衔接有序,在末次压光终凝结束后的10～20 min,刚可上人不出脚印为准,开始轻掸水然后覆膜,用少量水把薄膜粘住(图1),不留缝隙,或者喷养护剂形成一层膜来封住混凝土水分,减少水分散失过快或水化热引起的膨胀收缩裂缝,整体硬化后可不断轻洒水降温保湿养护。次日起早切缝以不飞边为准,切缝后立刻覆盖毛毡洒水保湿养护7天。

图1 终凝后掸水覆膜保湿

3 应用成果

在各方沟通协调配合之下,通过人、机、料、法、环五施工生产要素的严格把控,采取优化混凝土配合比,对凝结时间的精准把控、良好的施工工序、及时的切缝、养护等各种措施,抵抗各种高温、失水过快、原材料及混凝土水化热收缩变形等不利因素,以提前8天的工期完成施工,混凝土地面光洁无可见裂缝,强度和施工质量超出预期要求。

4 结束语

综上，列出的大面积混凝土地面施工出现裂缝的原因，以此基础上针对所有不利因素提出的解决办法，从裂缝的成因、原材料的选用、配合比的优化、凝结时间的精准把控、施工技术的衔接和过程控制、及时全面的养护等各方面，提出大面积混凝土地面浇筑裂缝控制体系以及防开裂的思路。