大体积混凝土在硬化期间,由于结构断面大、水泥用量多、水泥水化时释放的水化热在混凝土内部和表面产生较大的温差,由此形成较为复杂的膨胀或收缩应力,致使混凝土产生裂缝。另外,当混凝土中多余水分蒸发时,会引起混凝土体积的收缩(干缩),这种收缩也会使混凝土产生裂缝。
混凝土浇注后,水泥水化热较大,使混凝土温度上升。当聚集在混凝土内部的水泥水化热不易散发时,混凝土内部温度明显升高。而混凝土表面通常散热较快,形成内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝。
大体积混凝土一般采用泵送,坍落度较大,含水量也较大,混凝土中约20%的水分是水泥水化所必须的,尚有80%的游离水分要蒸发,当混凝土中的多余水分蒸发时,会引起体积收缩,也叫干缩,由于受到地基或边界条件的约束,这种收缩变形会在混凝土结构内部产生较大的收缩应力(拉应力),当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝。
由于混凝土因温差和干缩会产生表面裂缝和深层裂缝甚至贯穿裂缝,给工程带来极大危害,直接影响结构的安全性能和抗渗性能,因此在施工中采取可靠、有效的预防控制措施是极为关键的。
防止温度收缩裂缝的重点在于控制混凝土温升,确保延缓混凝土降温速度,加强养护,减少混凝土收缩,提高混凝土极限拉伸值。同时应在大体积混凝土结构施工过程中进行温度监控。
(1)选用低水化热水泥品种,如矿渣硅酸盐水泥。
(2)外加剂掺合料:可掺入复合型外加剂及粉煤灰,以减少水泥用量,改善混凝土和易性及可靠性,延长缓凝时间。
(3)骨料选择:原则是以自然连续级配粗骨料配制混凝土,可优选5～40mm碎石,减少混凝土收缩,含泥量<1%,骨料中针片状颗粒含量<10%。细骨料选用中粗砂,含泥量<2%,这样可以减少用水量。
(4)控制混凝土入模温度,主要降低水泥、骨料和水等原材料的温度,从而控制拌合物浇筑温度≯25℃。
(5)自然分层,连续浇筑。
大体积混凝土浇筑后,为了减少升温阶段内外温差,防止产生裂缝,应给予适当保温和保湿养护。在潮湿条件下可防止混凝土表面因水分散发而产生的干缩裂缝,使水泥顺利进行水化,提高混凝土极限抗拉强度。对混凝土进行保温、保湿养护,可使混凝土水化热降温速度延缓,减少混凝土内外温差,防止产生过大的温度裂缝。
(1)混凝土配合比:采用泵送混凝土,砂率≯0.45,在满足可泵送性的前提下,应尽量降低砂率。粗骨料中针片状颗粒含量≯10%,中砂通过0.315mm筛孔的砂≮15%。泵送混凝土宜掺适量粉煤灰,坍落度在满足泵送的条件下尽量选小值,以减少收缩变形。
(2)混凝土施工:采用自然分层连续浇筑不出冷缝。对混凝土表面均撒5mm～25mm的碎石,进行二次抹面,终凝前人工进行二次抹压收面,以减少混凝土表面的收缩裂缝。
为了掌握大体积混凝土水化热造成不同深度处温度场的变化规律,在大体积混凝土中布设测温点,随时检测混凝土内部的温度变化情况,以便及时采取有效措施,控制温差,进而保证混凝土施工质量。
我单位承建的某图书馆工程,基础底板厚1.4m,属大体积混凝土。此基础底板长47.6m,宽36.9m,在中间位置设置一道宽1m的后浇带,混凝土等级C40,抗渗等级P6,混凝土浇筑量2500m3采用现场搅拌泵送的混凝土施工方案。
本工程由于在施工中采取了多项措施,基础底板施工完毕后,未出现裂缝,确保了基础工程的安全性能和抗渗性能。
(1)采用低水化热的42.5级的矿渣硅酸盐水泥,每立方米混凝土中水泥用量≯380kg。
(2)细骨料使用中砂,要求通过0.315mm筛孔的砂≮15%,含泥量<2%。
(3)粗骨料采用级配良好的5-30mm的碎石,要求石子中针片状颗粒含量≯15%,并控制粗骨料中的含泥量小于1%。
(4)泵送混凝土砂率为40%,水胶比为0.36。
(5)在拌制混凝土时,掺入宝鸡电厂的Ⅱ级粉煤灰,减少相应含量的水泥。取代水泥百分率为10%,以延缓水化反应,降低水化热。
(6)采用AEA膨胀剂,它具有0.02-0.04%的膨胀率,可产生0.2～0.7MPa的膨胀应力,可抵消因收缩产生的拉应力。
(7)采用SDB-20型泵送剂,可有效的降低用水量,提高和易性和保塑性,它同时含有缓凝组分,可延缓混凝土的初凝时间。
(8)本工程混凝土的初凝时间为8～10h,终凝时间为12～14h。
(9)坍落度控制在16±20cm之间。
本工程采用现场搅拌混凝土,泵送入模,三班作业,连续施工,不留施工缝。混凝土泵管布设在基础长度方向的中间,由左向右进行浇筑,浇筑宽度不大于5m,边浇筑边后退。
混凝土浇注时利用混凝土自然流淌形成的斜坡面进行分层,采用定点下料,一个坡度,薄层浇筑,循序渐进,一次到顶的浇筑方法。
混凝土振捣时布置三道振捣,第一道设在混凝土的坡角,第二道设在混凝土的坡中间,第三道设在混凝土的坡顶。每道设2台振捣器,三道振捣相互配合,确保振捣覆盖整个坡面。使用Φ50振捣棒振捣,振捣棒插入下层混凝土中的深度>50nm,振捣棒移动的间距以400mm左右为宜,振捣棒要快插慢拔,以混凝土面泛浆为宜。混凝土表面要用刮杠刮平,再撒5～25mm碎石,用木抹拍实抹平。
混凝土浇注后的1h内,表面及时覆盖一层塑料薄膜,再覆盖三层棉毡和一层塑料膜,这样,既能有效的保温,也能保证混凝土表面的湿度。根据浇筑混凝土时实测的混凝土表面温度和内部中心温度,随时调整覆盖保温材料的层数。养护时间不小于14d。
为了保证混凝土内外温差不大于25℃,对混凝土要进行测温,以便及时采取措施,控制混凝土内外温差。
混凝土测温点按浇筑的先后顺序在不同的区域和结构布置具有代表性的测温点,可较早的掌握该工程基础混凝土的温度变化规律,以便及时采取温度控制措施。本工程测温点在距结构外边缘2m处开始设置,每5m设置一个测温点。
混凝土测温管采用φ20的钢管,其长度等于测温处基础混凝土的厚度,其底端封闭并焊接200mm长的钢筋,在浇筑混凝土前竖向固定在测温点处,底部(钢筋端)放置于基础垫层上,上部外露200mm,用塑料布或纸封闭上口,防止混凝土进入测温管。测温时,每个测温点在竖向测3个厚度处的温度,即距混凝土表面100mm处、混凝土中心处和距混凝土底面200mm处的温度。测温间隔:第1～3d,为每2h1次,第4～7d,为每4h1次,第8～第14d,为每8h1次,按测温记录绘制测温曲线。经实测,发现混凝土内温度在第4d达到峰值为45℃,此时混凝土表面温度为22℃,温差最大值为23℃,小于25℃。
本工程基础为C40、P6抗渗混凝土,既是大体积混凝土,又有较高的抗渗要求,因此必须采取如下措施,认真施工,才能保证不漏、不裂和不渗:
(1)合理选择混凝土原材料和最佳配合比,降低水化热。
(2)严格控制混凝土的坍落度在16±2cm之间。
(3)开盘前,认真检修施工机械、道路、照明、原材料和人员等,确保混凝土基础底板一次连续浇筑完毕,不产生施工冷缝。
(4)设置专人跟班检查混凝土的振捣、二次抹面,防止漏振、过振和表面裂缝。
(5)专人负责测温和养护,及时保温和保湿,确保混凝土的膨胀应力能抵收缩应力。
本工程由于在施工中采取了一系列的措施,有效的控制了大体积基础混凝土裂缝的产生,保证了工程质量。经过近一年的观察,未发现裂缝,基础混凝土不漏、不裂和不渗,获得了良好的经济效益和社会效益。通过本工程的实践,对于大体积基础混凝土,在施工中,只要多总结、多分析,编制出详细的施工方案,采取切实有效的措施,并认真执行,大体积混凝土的裂缝是完全可以避免的。
摘要：本文通过工程实践,阐述了避免大体积混凝土裂缝的措施。
关键词：大体积混凝土,裂缝,监测,措施
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