大体积混凝土裂缝成因和预防浅谈

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大体积混凝土裂缝成因和预防浅谈　　摘要：大体积混凝土施工，在现代建筑领域中多有涉及,例如大型设备基础、高层住宅基础等。此类部位整体性要求高,质量好坏直接影响结构安全,因此必须进行全面的质量控制。工程实践证明,大体积混凝土施工难度大,产生有害裂缝的机率多,为降低相关损失,我们要预防和减少有害裂缝的发生。本文结合有关施工技术，从混凝土的配制、浇筑、温度控制及养护等各施工环节，阐述了大体积混凝土施工中有害裂缝的成因及预防措施。关键词：大体积混凝土；裂缝；预防措施中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：一、大体积混凝土的界定及特征日本建筑学会标准JASSS规定:结构断面最小尺寸在80cm以上,水化热引起的混凝土内的最高温度与外界气温之差,预计超过25℃的混凝土称为大体积混凝土。美国混凝土协会ACI:体积大到必须对水泥水化热及其带来的相应体积变化采取措施，才能尽量减少开裂，此类混凝土，为大体积混凝土。11 我国行业规范，《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009中认为，当混凝土结构物实体几何尺寸大于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料的水化热，引起温度变化和体积变化从而导致有害裂缝产生的混凝土，就称其为大体积混凝土。在《普通砼配比设计规程》JGJ55-2011中：大体积混凝土即体积较大的、可能由胶凝材料水化热引起的温度应力导致有害裂缝产生的结构混凝土。综上，大体积混凝土虽无统一界定。但结构厚实，混凝土现浇量大，表面系数较小，施工技术要求高，水泥水化热引起的结构变形，必须采取措施，才能预防和减少其有害裂缝发生是其共同特征。二、大体积混凝土裂缝的分类、成因及危害1、大体积混凝土裂缝分类及成因大体积混凝土裂缝按其深浅不同可分为:贯穿性裂缝、深层裂缝、表面裂缝。按裂缝成因又分为两种，一种是因为荷载直接作用，超过混凝土自身极限抗拉值引起的裂缝，即结构性裂缝，另一种是由于变形变化造成的裂缝，如结构因温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素形成的裂缝，即变形裂缝。11 大体积混凝土裂缝产生原因很多，包括混凝土本身因素、环境因素、人为因素等。混凝土本身因素包括水泥水化放热后混凝土降温过程中产生的温度裂缝、水泥浆硬化时体积收缩所产生的硬化收缩、混凝土干燥时产生的干缩等，环境因素包括外界约束、外界温度升降致使混凝土变形，人为因素包括设计不合理、混凝土配合比不当、材料质量不合格、施工质量差等。在这些因素中，常见且影响较大的有:水泥水化热、外界气温变化、混凝土收缩、约束条件等。2、大体积混凝土裂缝的危害⑴影响建筑物使用功能大体积混凝土结构多为坝体、地下连续墙、箱型基础等，所以一旦出现裂缝，首要问题就是结构的渗漏。不但处理困难、花费巨大、影响工程交付，而且降低了结构的使用功能。⑵降低建筑物结构钢度裂缝尤其是贯穿性裂缝，会降低结构(如基础筏板)钢度，影响其正常功能。⑶影响建筑物的耐久性无论是表面裂缝、深层裂缝还是贯穿性裂缝，都会使侵蚀性介质容易渗入混凝土内部，致使钢筋锈蚀，混凝土碳化，结构强度降低，进而影响建筑物的耐久性。三、大体积混凝土裂缝的预防措施11 随着对大体积混凝土研究的逐步深入，结合工程实践，大体积混凝土裂缝预防，重点是控制各种温度应力，使其不突破混凝土的抗拉强度界限。而混凝土温度应力，取决于入模温度、水泥水化热和混凝土表面温度。即通过优化混凝土配合比、合理选择水泥品种、改善混凝土养护条件等因素，从而预防大体积混凝土裂缝的发生。因此，为了有效控制大体积混凝土裂缝的出现，应重点做好以下几个方面的预防措施。1、减小大体积混凝土内外温差⑴降低水化热温升造成大体积混凝土内部温升的主要原因，一是水泥水化反应释放热量，加之混凝土的导热性差，致使其内部热量蓄积。可以从选用低水化热水泥，降低水泥用量，掺加粉煤灰，使用缓凝型减水剂等方面入手控制大体积混凝土内部温升。据经验，每立方米混凝土水泥用量减少10kg,混凝土温升值就会降低10℃。可见降低水泥用量对控制温度应力的重要，且越是厚大体积混凝土，效果越明显。掺加粉煤灰作为胶凝材料，采用内掺法，可取代部分水泥，显著降低水泥用量。虽然粉煤灰也存在水化热，但远比水泥要低的多。大体积混凝土浇筑多采用泵送，使用缓凝型减水剂，即可改善和易性、满足泵送混凝土坍落度要求，又能有效降低水泥用量。此外合理选用水泥及添加剂，对提高大体积混凝土的抗裂能力具有非常关键的作用。⑵降低混凝土入模温度11 为了降低混凝土内部温度峰值，在水化热温升一定的情况下，有必要控制混凝土入模温度。研究表明，混凝土的浇筑温度越高，水泥的水化反应速度就越快。一般认为，混凝土浇筑温度每升高10℃，则混凝土内部温度的峰值将提高3～5℃，大体积混凝土的浇筑温度，最好控制在25℃以下。控制混凝土入模温度可以采用控制部分原材料的温度，例如对所用砂石、水泥进行遮盖，冰水搅拌等，混凝土浇筑作业尽可能安排夜间，缩短混凝土从出机到入模时间，用湿麻袋覆盖泵送管路，防止日晒升温，在混凝土罐车的转筒上浇水降温等措施。其中效果最好又最经济的，是夜间浇筑，此时所有原材料温度都偏低，根据现场实测，夜间混凝土出机温度一般要比白天低3℃左右。⑶对混凝土外表面进行保温混凝土内外温差过大是有害裂缝产生的主要因素。为防止大体积混凝土表面温度下降速率过快，应尽量推迟拆模时间。拆模后要尽快覆盖保温层，防止风吹、雨水冷击、环境温度骤降等情况发生，冬季施工时宜采用蓄热法进行保温养护。2、减小约束应力⑴合理划分结构段为了预防有害裂缝的发生，应尽量减小结构长度对约束应力的影响。施工中应按规范要求控制在5～15m。工程实践中，结构段长在15m以内时，出现裂缝的可能性显著减少。⑵合理设置施工缝11 水平施工缝严格按规范设置，例如，底板上连续浇筑墙体时，其上水平缝设置规范，可避免大断面约束小断面情况的出现。按规范设置竖向施工缝，混凝土浇筑时可采用闭合块的方法，进行分块浇筑，既能减小了一次浇筑的长度，降低了约束应力，又能将水化热从时间和空间上分散开来，增加散热面积，降低温升。⑶缩短混凝土浇筑间歇期混凝土的弹性约束应力，是在降温过程中由其自身收缩产生的。降温速度越快，约束应力越大，为了充分利用混凝土徐变特性产生的松弛效应，避免裂缝的产生，施工中除通过测温和采取保温措施，控制降温速率外，应尽量缩短混凝土浇筑间歇期。3、合理选择混凝土配合比及原材料混凝土配合比及原材料的选用，直接影响大体积混凝土的抗裂性能。所以，按照混凝土的绝热温升较小、抗拉强度和极限拉伸变形能力较大、线胀系数是微膨胀、自生体积变形低收缩的选用要求。着力做好以下几方面:⑴优先选用低水化热水泥水泥水化放热是混凝土温升的主因，所以应优先选用水化热低的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山炭质硅酸盐水泥等。⑵适量掺用混合材料11 　　例如粉煤灰具有一定活性，可代替部分水泥，既能降低混凝土的水化热，又能改善混凝土的粘塑性和可泵性。此外大体积混凝土初期强度增长较快、较高，后期强度增长缓慢，适量掺加粉煤灰后有助于改善混凝土的后期强度。因此，工程中常用粉煤灰做为混凝土的外掺料。⑶合理使用外加剂混凝土外加剂有多种类型，包括减水剂、缓凝剂、膨胀剂等。减水剂具有减水、增塑作用，在保持混凝土坍落度及强度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥、降低绝热温升。膨胀剂可使混凝土在硬化过程中产生体积膨胀，部分或全部补偿混凝土在硬化过程中所产生冷缩和干缩，即温差补偿效应，其实质就是膨胀应力对温差收缩产生拉应力的补偿。工程上，可利用膨胀剂这种温差补偿效应，减少或避免混凝土开裂。因此，合理使用外加剂，对预防大体积混凝土裂缝出现有积极作用。⑷优化混凝土配合比优化混凝土配合比，合理使用减水剂、缓凝剂、膨胀剂等外加剂，适量掺用粉煤灰等混合材料，从而达到减少水泥用量，降低水化热，控制混凝土绝热温升的目的。同时，严格控制砂石骨料的含泥量，采用先进的搅拌工艺以提高混凝土质量。4、合理选择施工方案、提高施工质量11 ⑴合理选择施工方案在大体积混凝土施工前，需对其浇筑块体进行温度估算，验算是否可能出现温度裂缝，进而确定浇筑块体的升温降值、内外温差及降温速度等控制指标，并有针对性制定出相应的施工方案。⑵加强施工中的质量控制主要从改进混凝土搅拌、振捣工艺，合理选择混凝土分层浇筑形式等方面入手，加强施工过程中的质量控制。改进搅拌工艺，可采用“裹砂法”亦称二次投料法，即在搅拌混凝土时，改变以往投料次序，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子进行搅拌的新方法。主要优点是无泌水现象，混凝土上下层强度差减少，能有效防止水分向石子与水泥砂浆面的集中，从而使硬化后的界面过渡层的结构致密、粘结加强。采用二次振捣，浇筑后的混凝土，在振动界限以前，给予二次振捣，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，以减小内部微裂，增加混凝土密实度，从而可使馄凝土强度提高10～20%左右。11 根据结构物大小、钢筋疏密程度、混凝土供应条件等具体情况，合理采用全面分层、分段分层及斜面分层等形式进行混凝土浇筑。混凝土浇筑时，分层厚度不宜超过振动捧长度的1.25倍，在振捣上一层时，应插入下一层混凝土内约5cm，以消除层间接缝。5、加强对大体积混凝土的温测、保温和养护温度控制，在大体积混凝土施工中，是防止温度裂缝的关键。这就需要实时对混凝土浇筑体进行系统的温度监测，并根据现场实测结果及时掌握相关温控数据，如内外温差、最高温升和降温速率等，进而有针对性的调整保温和养护措施。混凝土初凝期，强度低、抵抗变形能力小，如果遇到不利的外界条件，容易在其表面生成有害的冷缩、干缩裂缝。所以在混凝土外表面覆盖保温层，兼具保温、保湿等功能，降低外界环境的不利影响，目的一是减小混凝土内外温差及表面混凝土温度梯度，避免其表面水分过分流失，二是延长散热时间，充分发挥混凝土的潜力和材料的松弛特性，从而预防混凝土开裂，提高混凝土质量。大体积混凝土的养护既要降温又要保温，看似矛盾，其实质就是控制混凝土内外温差、混凝土表面温度梯度以及混凝土外表面与大气环境温差在允许的范围内，《地下工程防水技术规范》GB50108-2008中规定，混凝土中心温度和混凝土表面温度之差不应大于25℃，混凝土表面温度与大气温度之差不应大于20℃。11 大体积混凝土每次浇筑完成后，除按普通混凝土进行常规养护外，还应按照温控技术措施进行保温养护，应符合下列要求:⑴保温养护措施根据温度实时监测结果掌握的温控数据，如内外温差、最高温升和降温速率等，及时调整保温养护措施，以满足温控指标的要求。⑵保温养护时间应根据温度应力，包括混凝土收缩产生的应力，加以确定，合理的保温时间应从混凝土降温时开始，一般保温保湿养护时间不得少于28d。⑶保温养护的其他要求大体积混凝土宜适当延迟拆模时间，当模板作为保温养护措施的一部分时，其拆模时间应根据温控要求确定。大体积混凝土拆模后，应采取预防寒潮袭击、突然降温和剧裂干燥等养护措施。四、结论11 综上可见，大体积混凝土裂缝的预防，应在减小混凝土内外温差、减小约束应力、优化混凝土配合比、改善施工工艺、提高施工质量、做好温度监测及加强养护等方面采取有效措施，并且这些措施又是彼此关联，相互制约的。这就要求我们在施工过程中，结合实际，全盘考虑并结合运用，才能最大限度的预防和减少有害裂缝的产生，使大体积混凝土的质量得到有效的保证。参考文献：[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.《大体积混凝土施工规范GB50496-2009》.中国计划出版社，2009[2]陈辉.《大体积混凝土温度裂缝的成因分析及控制措施》.混凝土，2006[3]中国建筑科学研究院.《混凝土外加剂应用技术规范GB50119-2003》中国建筑工业出版社，2003[4]同济大学材料科学与工程学院编.《大体积混凝土配合比设计、施工与温度控制全套技术》.同济大学出版社，2007.611