大體積混凝土施工裂縫成因分析及防止措施

摘　要:結(jié)合工程概況,分析了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因,并針對(duì)大體積混凝土裂縫的成因從降低混凝土的發(fā)熱量、澆筑溫度、溫度監(jiān)測(cè)等方面對(duì)防治裂縫的措施進(jìn)行了闡述,為其他大體積混凝土的施工提供了參考。

關(guān)鍵詞:大體積混凝土,施工裂縫,溫度監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào): TU755. 7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1 　工程概況

　　某特大橋主橋?yàn)閱嗡p索面鋼箱梁斜拉橋,跨徑為705 m ,門(mén)型主塔,主塔承臺(tái)啞鈴形尺寸為2 ×(19 m ×19 m ×6 m) + (31 m×8 m ×6 m) ,C30 混凝土共計(jì)5 820 m3 ,混凝土數(shù)量和結(jié)構(gòu)體積均較大,如何防止承臺(tái)混凝土開(kāi)裂成為本分部工程的重點(diǎn),為此對(duì)大體積混凝土裂縫成因進(jìn)行了分析,施工中采取了一些針對(duì)性的措施,最后成功完成了該承臺(tái)工程的施工。

2 　大體積混凝土裂縫成因分析

　　1) 大體積混凝土在硬化期間,水泥水化釋放大量熱量,使混凝土中心區(qū)域溫度升高,而混凝土表面和邊界由于受氣溫影響溫度相對(duì)較低,從而在斷面上形成較大的溫差,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,由于初期混凝土強(qiáng)度很低,表面可能出現(xiàn)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土容許拉應(yīng)力而開(kāi)裂。

　　2) 混凝土澆筑2 d～3 d 內(nèi),水化熱不斷進(jìn)行,溫度升至最高點(diǎn),到達(dá)最高點(diǎn)后,混凝土散熱溫度開(kāi)始下降引起混凝土收縮,加上水分的散失,使混凝土收縮加劇,這種收縮在受到邊界約束后產(chǎn)生拉應(yīng)力,可能引起混凝土斷面產(chǎn)生貫穿性裂縫。

　　3) 混凝土結(jié)構(gòu)熱的擴(kuò)散速度與其最小尺寸的平方成反比,大尺寸結(jié)構(gòu)對(duì)熱的擴(kuò)散十分緩慢,造成混凝土較大的溫差,從而引起產(chǎn)生裂縫的體積變化。

3 　針對(duì)大體積混凝土裂縫成因而采取的防開(kāi)裂措施

　　防止早期熱引起混凝土開(kāi)裂主要考慮三個(gè)方面的因素:1) 在澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)中溫度的變化情況;2) 剛澆筑的混凝土的力學(xué)性能;3) 基礎(chǔ)或鄰接結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的約束程度。防止大體積混凝土施工裂縫主要以預(yù)防為主,具體做法是采取適當(dāng)措施控制混凝土溫度升高及其變化速度在一定范圍內(nèi),使混凝土內(nèi)部與表面溫差小于25 ℃～30 ℃,溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度,具體措施如下。

3. 1 　降低混凝土發(fā)熱量

　　1) 采用低水化熱水泥和降低水泥用量, 水泥用量控制在275 kg/ cm3 以內(nèi)。

　　2) 采用雙摻技術(shù)。摻入粉煤灰和KJ245L 高效緩凝減水劑,粉煤灰采用超量代換法, 摻入量為95 kg/ m3 , 占膠凝材料的25. 6 %,采用高效緩凝減水劑,可減少用水量和水泥用量,同時(shí)延緩混凝土早期的強(qiáng)度發(fā)展。

　　3) 應(yīng)用顆粒形狀好和級(jí)配好的骨料。級(jí)配好的骨料可減少所需的膠凝材料,避免用砂量過(guò)多,控制骨料(砂、石) 的含泥量,以減少混凝土的收縮,提高混凝土的極限抗拉強(qiáng)度。

　　4) 采用低流動(dòng)性混凝土。只要施工方便,盡可能用低坍落度混凝土,因?yàn)槠溆盟可?有利于降低溫度,減少收縮。

　　5) 利用混凝土的后期強(qiáng)度?？蓽p少水泥用量,大體積混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑完畢后往往要有較長(zhǎng)一段時(shí)間才承受荷載,因此可用60 d 或90 d 的混凝土強(qiáng)度。

3. 2 　降低混凝土澆筑溫度

　　外界氣溫愈高,混凝土的澆筑溫度也愈高,混凝土溫度提高將加速水泥的水化反應(yīng),混凝土達(dá)到最高溫度的時(shí)間縮短了,因而減少了可利用的散熱時(shí)間,不利于降低混凝土的最高溫度;混凝土澆筑溫度增高會(huì)降低其和易性,為達(dá)到同樣的和易性需增加用水量,降低混凝土澆筑時(shí)的入模溫度,可以減少混凝土內(nèi)部熱量的總量,為避免混凝土開(kāi)裂具有較好的效果,因此降低混凝土澆筑溫度尤為重要,具體方法如下:

　　1) 降低材料溫度。剛出廠的散裝水泥溫度可高達(dá)70 ℃以上,應(yīng)予以避免,采用多個(gè)水泥儲(chǔ)罐,將所需水泥備足,避免散裝水泥剛出廠就用于施工,集料應(yīng)避免陽(yáng)光直射,或者噴水冷卻集料。

　　2) 降低拌合用水溫度。溫度升高1 ℃水吸收的熱量是水泥和集料的約4. 5 倍,所以采用冷卻水拌和可以有效地降低混凝土的溫度。本工程采用冷卻機(jī)冷卻拌合用水,使拌合用水控制在10 ℃以下,有效地控制了混凝土的入模溫度,使其全部控制在30 ℃以下。

　　3) 分塊分層澆筑混凝土。結(jié)構(gòu)水平尺寸愈大約束愈大,大體積混凝土結(jié)構(gòu)往往根據(jù)攪拌能力和澆筑能力劃分成若干塊進(jìn)行澆筑,本工程承臺(tái)共分兩層澆筑,第一層澆筑厚度為2. 2 m ,混凝土量為2 134 m3 ,第二層澆筑厚度為3. 8 m ,混凝土量為3 686 m3 。

　　4) 埋設(shè)冷卻水管。埋設(shè)水管用連續(xù)流動(dòng)的冷水可以降低混凝土溫度,也可以將混凝土塊體冷卻到穩(wěn)定的體積;承臺(tái)第一層埋設(shè)兩層冷卻管,間距為1 m ,下層距底0. 7 m ,上層距頂0. 5 m ,

　　同層冷卻管間距為1. 5 m ,冷卻管直徑為2. 5 cm ,管厚為1. 5 mm的鋼管。第二層埋設(shè)3 層冷卻管,間距為1. 2 m ,下層距底為0. 7 m ,上層距頂為0. 7 m ,同層冷卻管間距為1. 5 m ,每層冷卻管配兩臺(tái)潛水泵,在混凝土蓋過(guò)冷卻管時(shí)由專人負(fù)責(zé)往冷卻管內(nèi)泵入涼水降溫,冷卻水流量大于0. 9 m3/ h ,持續(xù)養(yǎng)生7 d ,通過(guò)冷卻水帶走混凝土體內(nèi)的熱量。為了避免使混凝土開(kāi)裂的太陡的溫度梯度,冷卻速度應(yīng)控制在每天溫度下降0. 6 ℃左右為宜。

　　5) 加強(qiáng)混凝土澆筑時(shí)的控制。澆筑混凝土?xí)r,采用薄層澆筑,保證混凝土在澆筑過(guò)程中均勻上升,避免混凝土拌合物堆積高差過(guò)大,混凝土的分層厚度應(yīng)控制在20 cm～30 cm。采用插入式振搗器,加強(qiáng)振搗,以獲得密實(shí)的混凝土,提高密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度,澆筑后及時(shí)排除表面積水,進(jìn)行二次抹面,防止早期裂縫的出現(xiàn)。

　　6) 表面保溫與保濕。防止開(kāi)裂的一個(gè)重要原則是盡可能保持新混凝土不失去水分,溫度降低在一定范圍內(nèi)?；炷猎诔跄?內(nèi)部熱量散失慢,而外表面與大氣接觸,表面熱量散失較快,

　　如果不采取保溫措施,當(dāng)內(nèi)外溫差較大時(shí)就容易引起裂縫產(chǎn)生。如果不能保持混凝土表面濕潤(rùn),防止水分蒸發(fā),那么混凝土表面干燥同樣會(huì)引起收縮裂縫。保溫保濕的具體方法是在混凝土澆筑后,在混凝土表面用土工布覆蓋一層,再用麻袋覆蓋兩層,并用冷卻管的出水灑水養(yǎng)生。盡量晚拆模,并在拆模后立即回填土,利用回填土來(lái)進(jìn)行保溫,使混凝土緩慢降溫,緩慢干燥,減小混凝土內(nèi)外溫差。

3. 3 　溫度監(jiān)測(cè)

　　加強(qiáng)對(duì)混凝土溫度的測(cè)量,隨時(shí)掌握混凝土溫度變化情況,為混凝土的防裂提供了科學(xué)依據(jù),確保了混凝土溫度變化在允許的范圍內(nèi),實(shí)施中承臺(tái)混凝土入模溫度控制在28 ℃～30 ℃以內(nèi),經(jīng)過(guò)2 d～3 d 后中心溫度達(dá)到最高,4 d 天后開(kāi)始降溫,經(jīng)過(guò)10 d～12 d 降溫階段后,中心溫度基本穩(wěn)定。澆筑混凝土溫度走勢(shì)見(jiàn)圖1 ,圖2 (圖中溫度測(cè)點(diǎn)位置均為從澆筑頂面算起) 。

4 　結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)大體積混凝土施工裂縫成因的深入分析,針對(duì)性地提出了大體積混凝土施工產(chǎn)生裂縫的防止措施,在實(shí)施中取得了良好的效果,為今后大體積混凝土施工提供了防裂參考實(shí)例。