大體積高強混凝土施工論文

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關鍵詞:大體積高強混凝土裂縫原因防治措施 

進入21世紀以來，建筑施工技術飛速發(fā)展，隨著工程建設的規(guī)模越來越大型化，混凝土體積由幾百立方米逐漸增大到幾萬立方米，建筑施工中時常涉及到大體積混凝土的施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。由于現(xiàn)在施工中普遍使用的是商品混凝土和大坍落度混凝土，而此類混凝土的開裂現(xiàn)象一直比較普遍，加之現(xiàn)在所生產的放熱速度較過去大為提高的水泥，這使得大體積混凝土的溫度裂縫問題更加嚴重。  大體積混凝土溫度裂縫是一個十分復雜的問題，預防和控制其產生是人們一直在致力解決的問題。本文總結分析了國內的研究成果，分析了大體積混凝土裂縫的類型，對大體積混凝土裂縫的成因進行了分析總結。  一、裂縫原因分析  大體積混凝土產生裂縫的原因可分為二類:  (1) 由外荷載引起的裂縫,也即結構性裂縫。  (2) 由變形變化引起的裂縫,包括溫度、濕度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素引起的裂縫,也即非結構性裂縫。本文主要介紹和講解非結構性裂縫的形成原因。  1、水泥在水化過程中產生大量的熱量  水泥在水化過程中產生大量的熱量，每克水泥放出的熱量達502.42j/g，因而使混凝土內部的溫度升高，它在1～3天內放出的熱量是總熱量的一半?；炷羶炔康淖罡邷囟榷喟l(fā)生在澆筑后3～5天內，當混凝土內部與表面溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形，溫度應力與溫度成正比。而混凝土內部的溫度與混凝土及水泥用量有關，即混凝土結構尺寸越大，溫度應力也越大，因而引起裂縫的可能性也越大，當這種溫度應力超過混凝土內外的約束力時，就會產生裂縫。因此，防止混凝土出現(xiàn)裂縫的關鍵就是控制混凝土內部與表面的溫差。  2、內外約束條件的影響  大體積鋼筋混凝土與地基澆筑在一起，當溫度變化時，受到下部地基的限制，因而產生外部約束力?；炷猎谠缙跍囟壬仙龝r，混凝土的彈性模量小，徐變和應力松馳度大，因而壓應力較小。但當溫度下降，產生較大的拉應力，若超過混凝土的抗拉強度，混凝土會產生垂直裂縫?；炷羶炔坑捎谒嗟乃療岫纬芍行臏囟雀?，熱膨脹大，因而在中心產生壓應力，在表產生拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度和鋼筋的約束作用時，同樣會產生裂縫。  3、混凝土的收縮變形  混凝土的收縮變形包括混凝土的塑性變形、體積變形、干燥收縮和混凝土勻質性的影響。混凝土中80%的水分要蒸發(fā)，20%的水分是水泥硬化所必需的。隨著混凝土的繼續(xù)干燥而使20%的吸附水溢出，就會出現(xiàn)干燥收縮。而表面比中心干燥得快，因而在表面產生拉應力而出現(xiàn)裂縫。  4、設計不合理引起的裂縫  混凝土設計鋼筋含量偏低,間距過大,鋼筋不能有效抵消混凝土內部足夠的拉應力,從而導致裂縫。在鋼筋周圍混凝土受到約束不能很自由發(fā)生形變。如果鋼筋直徑偏大,約束很強,鋼筋周圍混凝土將產生很大的應力。另外,設計混凝土保護層過薄,也易使混凝土表面出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土設計成高標號,由于其脆性大為增加,抗拉能力降低,在其它條件相同情況下,對各種因素的敏感程度大為提高。同時混凝土強度高,約束增強,也是造成混凝土表面產生裂縫的重要原因。本工程井壁內層采用內鋼筒結構,內鋼筒通過錨卡與混凝土連結,使混凝土受到邊界約束,在錨卡周圍混凝土也受到強的約束,對混凝土自由形變非常不利。  5、選用材料不合理引起的裂縫  水化熱主要是水泥中礦物組份在水化過程中所放出的熱量。因此,選用合適的水泥對預防混凝土產生裂縫至關重要。選用中、低熱水泥或大壩水泥有利于降低水化熱,但低熱水泥混凝土收縮性較高,且價格高于普通水泥。另外,水泥改標后,其比表面積比改標前大為提高,雖然能增加水泥的抗壓強度,但不利于混凝土水化熱的散發(fā)和延緩放熱速度,容易產生應力聚集。骨料的品種、粒徑對混凝土收縮也有很大影響。骨料的粒徑大,混凝土收縮小,有利于混凝土水化熱散發(fā),但不利于混凝土強度的提高,特別是高強度混凝土。  6、施工不合理引起的裂縫  (1) 澆筑混凝土時倒灰不均勻,用振動棒找平時,往往是混凝土中石子一振已下沉,多為砂漿或石子偏少的混凝土往兩邊跑,造成砂漿積聚,使局部混凝土中相對水泥含量增加,此處容易產生大的溫度應力與收縮應力,造成裂縫。  (2) 混凝土振搗時過振,造成粗骨料下沉,細骨料留在上層,強度不均勻。特別是最上一段混凝土,過振造成細骨料集中在上部,極易產生收縮裂縫。  7、外界氣溫變化的影響  混凝土內部溫度是由于水泥水化熱的絕對溫度、澆筑溫度和混凝土的散熱溫度三者的疊加，其中澆筑溫度與外界氣溫有直接關系。外界氣溫越高，澆筑溫度也越高。當溫度下降快，會大大增加外層與內部混凝土的溫度梯度，從而產生溫差和溫度應力，使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。因此控制混凝土表面溫度與外界氣溫溫差，也是防止裂縫的重要一環(huán)。  二、防治措施  1.設計措施  （1）精心設計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設計準則，生產出“高強、高韌性、中彈、低熱和高抗拉值”的抗裂混凝土。  （2）增配構造筋，提高抗裂性能。應采用小直徑、小間距的配筋方式，全截面的配筋率應在0.3～0.5%之間。  （3）避免結構突變產生應力集中。在易產生應力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強措施。  （4）在易裂的邊緣部位設置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限抗拉強度。  （5）在結構設計中應充分考慮施工時的氣候特征，合理設置后澆縫，在正常施 工條件下，后澆縫間距20～30m，保留時間一般不小于60天。如不能預測施工時的具體條件，也可臨時根據(jù)具體情況作設計變更。  2.原材料控制措施  （1）盡量選用低熱或中熱水泥(如礦渣水泥、粉煤灰水泥)，或利用混凝土的后期強度(90 d～180d) 以降低水泥用量，減少水化熱(因為每加減10 kg水泥，溫度會相應增減1 ℃，水化熱與水泥用量成正比) 。在條件許可的情況下，應優(yōu)先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。因為這種水泥在水化膨脹期（1～5 d）可產生一定的預壓應力，而在水化后期預壓應力可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。  （2）適當攙加粉煤灰。混凝土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗?jié)B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，抑制堿骨料反應，減少新拌混凝土的泌水等。  （3）選擇級配良好的骨料。骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80%～83%，因此在選擇骨料時，應選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。一般來說，可以選用粒徑4 mm～40mm的粗骨料，盡量采用中砂，嚴格控制砂、石子的含泥量(石子在1 %以內，砂在2 %以內) ?？刂扑冶仍?.6 以下。還可以在混凝土中摻緩凝劑，減緩澆筑速度，以利于散熱。另外還可以考慮在大體積混凝土中摻加堅實無裂縫、沖洗干凈、規(guī)格為150mm～300mm的大塊石。摻加大塊石不僅減少了混凝土總用量，降低了水化熱，而且石塊本身也吸收了熱量，使水化熱能進一步降低，對控制裂縫有一定好處。  （4）適當選用高效減水劑和引氣劑，這對減少大體積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、耐久性等性能起著極為重要的作用。  3.施工方法控制措施  大體積混凝土施工時內部應適當預留一些孔道，在內部通循環(huán)冷水或冷氣冷卻，降溫速度不應超過0.5 ℃～1.0 ℃/h。對大型設備基礎可采用分塊分層澆筑(每層間隔時間5d～7d)，分塊厚度為1.0m～1.5m，以利于水化熱散發(fā)和減少約束作用。當混凝土澆筑在巖石地基或厚大的混凝土墊層上時，在巖石地基或混凝土墊層上鋪設防滑隔離層(澆二度瀝青膠撒鋪5 mm 厚砂子或鋪二氈三油) ，底板高低起伏和截面突變處，做成漸變化形式，以消除或減少約束作用。此外，還應加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度。盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應下降15℃以上。盡量采用兩次振搗技術，改善混凝土強度，提高抗裂性。還可根據(jù)具體工程特點，采用uea補償收縮混凝土技術。  4.溫度控制措施  混凝土溫度和溫度變化對混凝土裂縫是極其敏感的。當混凝土從零應力溫度降低到混凝土開裂溫度時，混凝土拉應力超過了此時的混凝土極限拉應力。因此，通過應降低混凝土內水化熱溫度和混凝土初始溫度，減少和避免裂縫風險。  參考文獻：  [1]周真云.大體積高強混凝土施工裂縫及控制措施.西部探礦工程,2004年第6期  [2]曾偉星.大體積混凝土裂縫控制.建材與裝飾，2007年