大體積混凝土溫度裂縫的成因分析及控制措施
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摘 要: 針對大體積混凝土的特點, 重新給出了大體積混凝土的概念, 分析了大體積混凝土溫度裂縫產生的原因及影響因素, 提出了有效的控制措施。
關鍵詞:大體積混凝土 溫度裂縫 成因 控制措施
中圖分類號: T U 3 7 文獻標識碼: A
我國國民經濟的高速增長,帶動了建筑業(yè)的快速、持續(xù)的發(fā)展。由于高層建筑、高聳結構物和大型設備基礎大量的出現,大體積混凝土也被廣泛采用,大體積混凝土結構的溫度裂縫日益成為建筑工程技術人員面臨的技術難題。本文從分析大體積混凝土溫度裂縫產生的原因入手,試圖找出影響裂縫大小的因素,總結出有價值的控制措施,供工程技術人員參考。
1 大體積混凝土的概念
什么是大體積混凝土？目前尚無統(tǒng)一定義。美國混凝土學會有過規(guī)定:“任何就地澆筑的大體積混凝土,其尺寸之大,必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題,以最大的限度減少開裂”。日本建筑學會(JASSS)標準的定義是:“結構斷面最小尺寸在80cm 以上,同時水化熱引起的混凝土內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”。這些定義比較具體,也便于應用,但作為定義是不夠嚴謹的。
２ 大體積混凝土溫度裂縫產生的原因及影響因素分析
大體積混凝土施工階段所產生的溫度裂縫, 是其內部矛盾發(fā)展的結果。一方面是溫度變化引起的應力和應變;另一方面是混凝土自身的強度和抵抗變形的能力,混凝土溫度變化產生的變形受到混凝土內部或外部的約束后, 將產生很大的應力。一旦溫度應力超過混凝土能承受的抗拉強度時,即會出現裂縫。水泥水化過程是大體積混凝土中的主要溫度因素。水泥在水化過程中要發(fā)出一定的熱量,而大體積混凝土結構物一般斷面較厚,水泥發(fā)出的熱量聚集在結構物內部不易散失。通過實測,水泥水化熱引起的溫升,在水利工程中一般為15℃～25℃,而在建筑工程中一般為20℃～30℃,甚至更高。由于混凝土的導熱性能較差,澆筑初期混凝土的強度和彈性模量都很低,對水化熱引起的急劇溫升約束不大,相應的溫度應力也較小。隨著混凝土齡期的增長,彈性模量的增高,對混凝土內部降溫收縮的約束也就愈來愈大,以致產生很大的拉應力。在大體積混凝土施工中,考慮溫度應力的影響,并設法降低混凝土內部的最高溫度,減小其內外溫差。這又涉及混凝土的各種組成材料的特性,結構物的體型大小,約束條件等諸多因素。具體而言, 其影響因素為水泥品種,水泥用量,摻合料,化學外加劑,施工工藝,環(huán)境溫度,骨料溫度,養(yǎng)護條件等等。
３ 大體積混凝土溫度裂縫的控制
大量的研究表明,大體積混凝土結構物中的溫度裂縫是不可避免的,重要的是采用合理的措施來防治和控制裂縫的發(fā)展。防止大體積混凝土出現溫度裂縫應從兩方面出發(fā),一方面應從控制溫度、改善約束,即從減小溫度應力著手;另一方面應盡可能設法提高混凝土抗裂能力,改善混凝土自身性能,但這些措施不是孤立的,而是相互聯系、相互制約的,必須結合實際,全面考慮, 合理采用。
(1)合理選擇原材料,優(yōu)化混凝土配合比。選擇混凝土原材料,優(yōu)化混凝土配合比的目的是石混凝土具有較強的抗裂能力,具體來說,就是要求混凝土的絕熱溫升較小,抗拉強度較大、極限拉伸變形能力較大、熱強比較小,自生體積變形最好是微膨脹,至少是低收縮。根據國內外經驗主要有以下幾條:水泥品種選擇及數量要求。水泥水化產生的水化熱是大體積混凝土發(fā)生溫度變化而導致體積變化的主要根源。由于礦物成分及摻合料含量的不同,水泥的水化熱差異較大。為了降低水泥的水化熱、減小混凝土的體積變形,大體積混凝土一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外,除采用水化熱低的水泥外,要減少溫度變形,還應千方百計地降低水泥用量。摻用混合材料。摻加摻合料可以有效降低水化的峰值溫度, 推遲水化溫峰的出現時間,隨摻合料摻量的增大,溫峰出現的時間延遲, 目前主要是粉煤灰摻的較多。摻外加劑。摻減水劑可有效地降低混凝土的單位用水量,從而降低水泥用量。緩凝型減水劑還有抑制水泥水化作用,可降低水化溫升有利于防裂。還可延遲水化熱釋放速度,熱峰也有所降低。這種減水劑可以緩凝,在大體積混凝土中可以避免冷接縫,提高工作性及流動性,有利于泵送。對收縮及抗拉強度幾乎沒有什么影響宜推廣采用。精心設計、調整混凝土的骨料粒徑和級配。如盡可能采用大的骨料最大粒徑。最大粒徑越大,骨料的空隙率和表面積越小,混凝土的水泥漿及水泥用量就越小嚴格控制砂石骨料的含泥量,在保證混凝土強度及流動條件下, 盡量節(jié)省水泥, 降低混凝土絕熱溫升。
(2)合理進行溫度控制。 對于大體積混凝土的溫度控制,主要考慮三個特征值:入模溫度、最高溫度及養(yǎng)護溫度。入模溫度控制 混凝土的入模溫度取決于各種原材料的初始溫度,主要方法是施工時加冰冷卻拌合水、骨料、水泥, 盡量選擇較低氣溫時段澆筑砼;在混凝土運輸工具上覆蓋麻袋, 并經常噴灑冷水降溫。最高溫度控制 在混凝土內部預埋水管,利用冷卻水管內流通的制冷水帶走大體積混凝土內部積聚的水泥水化熱,削減澆筑層水化熱溫升。這種方法因具有適用性和靈活性,以及能夠控制整個結構物內部溫度,所以在國內外得到廣泛應用。養(yǎng)護溫度控制 大體積混凝土的裂縫,特別是表面裂縫,主要是由于混凝土中產生了溫度梯度。為了使大體積混凝土的內外溫差降低,可采用混凝土表面保溫的方法,使混凝土內外溫差降低。常用的保溫材料有模板、草袋、濕砂、鋸末等 ,保溫材料不僅要放置在混凝土的表面, 還要注意結構物四周的保溫, 保溫時間不少于28天。
(3)分縫分塊澆筑。分縫分塊有兩方面的目的:一是為了便于施工,將龐大的壩體逐塊逐層地進行澆筑;同時為了防止裂縫,減小基礎塊的尺寸,增加散熱面,從而降低施工期間的溫度應力,以減小產生裂縫的可能性。
(4)加強施工溫度監(jiān)測。對大體積混凝土內部各部位進行溫度跟蹤監(jiān)測,可以及時準確地掌握混凝土各個部位的溫度變化,以便采取處理措施降低內部溫度,保證工程質量。 混凝土溫升最快的階段在澆筑后的1～5d,在這段期間,宜每30 min讀取數據一次,以后數據的讀取時間可以延長,建議在混凝土澆注后的6～20d,每3 h讀取一次數據,澆注后的21～30 d,每6h讀取一次數據。
(5)采用先進的施工技術。在加強混凝土質量控制的同時,應積極推廣新技術、新材料與新工藝的應用,以減少混凝土的開裂。
(6)合理組織施工。在施工過程中精心安排混凝土施工時間,在高溫季節(jié)施工時,混凝土澆筑時間盡量安排在16 時至翌日上午10 時前進行,以減少混凝土溫度回升。新舊混凝土澆筑間隔時間為5～7d,相鄰澆筑壩塊高差控制在8 m以內。綜上所述,混凝土的物理力學性質決定了大體積混凝土溫度裂縫是不可以避免的,掌握混凝土裂縫的產生原因對于進行合理的結構設計和施工是極為重要的。從材料質量、施工技術、環(huán)境狀態(tài)等方面采取措施綜合治理,使混凝土結構工程更趨于合理、安全。
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| 原作者： 孫永清 |
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