大体积混凝土裂缝的预防与控制

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yzoryanzii
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:文章论述了水泥水化热是大体积混凝土产生裂缝的主要因素,混凝土内外温、混凝土收缩变形的影响等成因及主要机理,并介绍了控制大体积混凝土裂缝的措施,以及这些控制措施在实际工程中应用的案例分析。
   关键词:大体积混凝土;裂缝;收缩;控制措施
  
   关于大体积混凝土的定义,各国有所不同,先进国家对混凝土的定义为:任何现浇混凝土,其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大限度减少开裂影响的,即称为大体积混凝土。日本建筑协会标准的定义为:结构断面最小尺寸在80cm以上,水热化引起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。在我国,建筑行业对大体积混凝土的定义为混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m,或预计会因为水泥水化热引起混凝土内外温差过大,而引起裂缝的混凝土称大体积混凝土。而最新研究指出:所谓大体积混凝土,是指其结构尺寸已经大到必须采取相应的技术措施,妥善处理温度差值、合理解决温度应力、并按裂缝开展进行处理及控制的混凝土。
   一、裂缝成因及主要机理
   (一)微观裂缝和宏观裂缝
   微观裂缝也称肉眼不可见裂缝,宽度一般在0.05mm以下,尚未承受荷载的混凝土中一般都存在着微观裂缝,但有微观裂缝的混凝土并不影响其使用,同样可以承受拉力,可它极易引起应力集中,造成混凝土抗拉强度很低。宏观裂缝是指宽度大于0.05mm肉眼可见裂缝,从结构耐久性、承载力及正常使用等要求,我国规范规定,最严格的允许裂缝宽度0.1mm。
   (二)大体积混凝土裂缝形成机理
   1.内约束裂缝。大体积混凝土结构,浇筑后水泥的水化热很大,由于混凝土体积大,聚积在内部的水泥水化热不易散发,混凝土的内部温度将显著升高。而混凝土表面则散热较快,这样形成较大的内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度,就会引起较大的表面拉应力,此时混凝土的龄期很短,抗拉强度很低,如果温差产生的表面拉应力,超过此时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土表面产生表面裂缝。这种因表面与内部温差引起的裂缝,称内约束裂缝。这种裂缝一般产生很早,多呈不规则状态,深度较浅,属便面性质。表面裂缝易产生应力集中,能使裂缝进一步开展。
   2.外约束裂缝。混凝土降温阶段,热量逐渐散发,因温度逐渐下降使混凝土产生收缩,同时,在硬化过程中因多余水份蒸发及碳化等原因混凝土产生收缩变形,受到地基和结构边界条件的约束(外约束),不能自由变形,从而产生温度应力(拉应力),当两种应力叠加超过混凝土的抗拉极限强度时,则在混凝土的底面交界处附近以至混凝土产生收缩裂缝,称为外约束裂缝。这种裂缝特征是由交接面向上延伸,靠近基底最大而在上部较小,严重的会产生贯穿性裂缝,破坏了结构的整体性、耐久性、防水性和稳定性等,影响正常使用,危害严重。
   (三)混凝土裂缝成因
   1.水泥水化热是大体积混凝土产生裂缝的主要因素。水泥在水化过程中产生大量的热量,这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。而大体积混凝土结构一般断面较厚,水化热聚集在结构内部不易散失,引起混凝土内部急骤升温,水泥水化热引起绝热温升,与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关,并随混凝土的龄期按指数关系增长,实际混凝土内部的最高温度多数发生在混凝土浇筑的最初3d~5d。浇筑初期混凝土强度很低,对水化热急剧温升引起的变形约束不大,温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长,其强度相应提高,对混凝土内部降温收缩变形的约束越来越强,以致产生很大的温度应力,当混凝土的抗拉强度不抵温度应力时,即产生温度裂缝。
   2.受內外约束条件的影响,产生拉应力。结构在变形变化时,必然收到外界条件阻碍其变形,即约束条件(外部约束和内部约束)。内部约束是由于内部水泥水化热不易散发,表面易散发,表面温度低于内部,内部体积膨胀受表面约束处于受压状态,表面则体积收缩受内部约束,而产生拉应力。外部约束是大体积混凝土与地基浇筑在一起,当温度变化时受到地基的限制,产生外部的约束应力。原因是当混凝土浇筑完毕,随着水泥水化升温,混凝土产生体积膨胀,由于受到地基基础的约束,使混凝土处于受压状态,但此时混凝土弹性模量较低,而混凝土产生的徐变和应力松弛较大,所以压应力较小;后期水泥水化热减少,散发热量大于水化热量,温度降低,体积收缩,受地基基础的约束,由受压状态变为受拉状态,产生拉应力,若产生的拉应力超过混凝土的抗拉极限强度,则会出现垂直裂缝。
   3.外界温度变化的影响。混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加之和,而混凝土浇筑温度与外界气温有着直接关系,浇筑温度又影响着混凝土的内部温度,外界气温愈高,结构温度也愈高,如外界温度下降,会增加混凝土的降温幅度,特别是在外界气温骤降时,会增加外层混凝土的温度梯度,易使大体积混凝土出现裂缝。
   4.混凝土内外温差引起的裂缝。内部温度的不均匀性和本身的抗裂能力差及非均匀性是混凝土出现温度裂缝的两个原因。当实际温差超过理论给出的“允许温差”时,混凝土就可能开裂。因此控制温差是解决温度裂缝的前提。我国提出的大体积混凝土的允许温差标准一般不超过25℃。
   5.混凝土收缩变形的影响。混凝土收缩裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温差收缩3种。在混凝土硬化之前,处于塑性状态,硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化,其水平方向的减缩比垂直方向更难时,就容易形成一些不规律的塑性收缩裂缝。掺入混凝土中的拌合水,约有20%的水分是水泥水化反应所必需的,硬化后期混凝土内自由水分蒸发,吸附水的逸出就会引起混凝土的干燥收缩,还会产生碳化收缩。
   6.抗拉能力低。混凝土是脆性材料,抗压能力较高,抗拉能力较低。大体积混凝土温度变形受约束时产生的拉应变(或抗拉强度)很容易超过极限拉伸(或抗拉强度)而产生裂缝。
   7.引起温度应力及裂缝的其它因素。水化热是引起温度应力、导致开裂的根本原因。且骨料级配、密实度、骨料弹性模量、粒径大小等都对混凝土的收缩有影响。构件的养护条件,构件的体表比等都对温差有影响。
   二、控制裂缝产生的措施
   (一)降低水泥水化热,减小温度变形
   1.尽量选用中低水化热的水泥品种。选用中低水化热的水泥品种,是控制混凝土内部升温的最基本方法。一般要选用中低水化热的水泥品种配制混凝土,如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥等,以降低水泥产生的水化热,控制收缩。为在混凝土降温收缩时产生膨胀,补偿收缩,防止裂缝,可使用微膨胀水泥。
   2.掺外加剂。掺加具有减水、增塑、缓凝、引气、膨胀的外加剂,可以改善混凝土拌合物的流动性,粘聚性和保水性,在降低用水量和提高强度的同时,还可以降低水化热,推迟放热峰值出现时间,减少温度裂缝和收缩裂缝。外加剂的使用应经试验确定,不能盲目使用。
   3.双掺技术——掺加外掺料和减水剂。
   (1)掺加矿物掺合剂——粉煤灰。由于粉煤灰的火山灰活性效应及滚球效应,在优性粉煤灰一定掺量下,可生成硅酸盐凝胶,其强度和密实度有所增加,收缩变形有所减少。在单位用水量不变的条件下,可以起到显著改善混凝土和易性的效能。用粉煤灰替代部分水泥,可降低水泥的用量,从而降低水化热。若保持混凝土拌合物原有的流动性,优质粉煤灰的需水性小,可降低混凝土的单位用水量,从而可提高强度。掺粉煤灰还能抑制碱-骨料反应并防止因此产生的裂缝。
   (2)掺加减水剂。混凝土中掺加减水剂,能保持混凝土工作性质不变而显著减少拌和水,降低水灰比,改善和易性,使水泥水化较充分,提高混凝土的强度。若保持混凝土的强度不变,可节约水泥10%,从而可降低水化热,同时可明显延缓水化热释放速度,热峰也相应推迟。夏季宜选用缓凝型,冬季可选用普通型。
   4.精心设计、调整混凝土的粗细骨料粒径和级配。宜优先采用连续级配、粒径较大的粗骨料配置混凝土。如此配置的混凝土具有较好的和易性、较少用水量,较少水泥用量,较小混凝土的收缩和泌水现象以及较高的抗压强度。在选择细骨料时,其细度模数宜在2.6-2.9范围内,以采用级配良好的中、粗砂为宜,砂石的含泥量必须严格控制,其中不得混有有机质等杂物,严格控制砂率,否则对抗裂不利。为减小温度变形,采用线胀系数小的骨料以降低混凝土的线胀系数。
   5.尽量降低水泥用量。为了减小水泥水化热,降低混凝土温升值,在满足设计需求的前提下,可以适当减少每立方米混凝土中水泥用量,将水泥用量控制在一定范围之内。在大体积混凝土中心区域掺加一定数量的毛石或在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中掺加总量不超过20%的大石块,以减少混凝土的用量,达到节省水泥和降低水化热的目的。充分利用混凝土后期增长的强度及其它性能,采用较长的设计龄期,从而较少水泥用量。
   (二)降低骨料温度,控制混凝土入模温度和浇筑温度
   1.提高骨料堆放高度,并在料仓和混凝土运输车辆上搭设防阳棚。骨料高堆料可减少昼夜气温温差影响,袋装水泥库房加强通风,尽量降低库房温度。
   2.选择较事宜的气温浇筑大体积混凝土,尽量避开炎热天气浇筑混凝土,应选择在较低的室外温度下进行,一般要求室外温度最低不宜低于5℃,最高不宜超过28℃,湿度以保持混凝土表面潮湿为宜,一般可采用麻袋浇水保湿养护。
   3.对混凝土进行预冷和后冷(预冷是指浇筑前加冰拌和和冷却骨料。后冷是指浇筑后在结构内埋设水管,通低温水冷却,冷却的效率高,冷量损失小)。夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土,浇筑块不太厚的,亦可采用表面流水冷却,也有较好的效果,且节约水管。
   4.在混凝土入模时,加强入模的通风,加速模内热量散发。我国关于混凝土入模温度的控制,提出应不超过28℃。做好表面隔热保护可防止表面降温过大,减小内外温差。延缓混凝土降温速率。
   (三)改善边界约束和构造设计,消除或降低约束,削减温度应力
   1.采取分层或分块浇筑大体积混凝土,合理设置水平或垂直施工缝,将基础混凝土分缝、分块、分期浇筑,或在适当的位置施工后浇带,既可以减轻约束作用,缩小约束范围,又可以利用浇灌块的面层进行散热,确保混凝土自由伸缩以达到释放温度应力的目的。
   2.对大体积混凝土基础与岩石地基,或基础与厚大的混凝土垫层之间设置滑动层,以降低混凝土底板与垫层间的约束力。
   3.合理配置钢筋、设置应力缓和沟和缓冲层、避免应力集中也是常用的技术措施。
   (四)提高混凝土的极限拉伸值
   1.择良好级配的粗骨料,严格控制其含泥量、加强混凝土的振捣。提高混凝土密实度和抗拉强度、减小收缩变形,保证施工质量。
   2.二次投料法、二次振搗法,关键是要掌握好两次振捣的时间间歇,二次振捣的最佳时间,一般在第一次振捣完成后两小时进行为宜。浇筑后及时排除表面积水,加强早期养护,提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
   (五)施工技术措施
   1.采用合理的施工方法,根据施工季节不同,可分为降温和保温法施工,夏季主要用降温法施工。冬季可采用保温法施工,可按冬季施工方法进行。
   2.加强施工中测温和温度监测与管理,实行信息化控制,在有代表性的部位布设温度监测装置,定期进行跟踪监测,内外温差控制在25℃以内,基面温差与基底面温差均控制在20℃以内,及时调整保温和养护措施,使混凝土的温度梯度和湿度不至过大。
   3.采用混凝土面层保温措施。在基础底板、迎水面混凝土等温控要求严格的部位,模板拆除后即贴泡沫板,减少混凝土内外温差,保温时间不少于28d。
   4.混凝土施工配合比,采用切实可行的施工工艺、合理组织施工。根据设计强度和施工中混凝土塌落度的要求,经试验选择混凝土施工配合比。在施工过程中精心安排混凝土施工时间,新旧混凝土浇筑间隔时间未5-7d。
   5、加强施工管理,提高施工质量。大体积混凝土裂缝的出现与其质量的不均匀性有很大关系,裂缝总是从最弱处开始出现。加强施工管理,提高施工质量,必须从混凝土的原材料质量控制做起,严格按照施工规范操作,确保混凝土质量,以减少混凝土裂缝的发生。
   6.做好混凝土的保温保湿养护,缓缓降温,发挥徐变特性,减少温度应力。采取长时间的养护,规定合理的拆模时间,延缓降温时间和速度。混凝土终凝后,采取蓄水养护。
   7.加强技术管理。加强原材料的检验、试验工作,施工中严格按照方案及交底的要求指导施工,明确分工。加强计量检测工作,定时检查并做好详细记录,认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝,并采取措施加以杜绝。
   三、结论
   为控制裂缝的扩展,在大体积混凝土结构中,须采取一系列有效的措施。这些措施并非孤立的,而是相互联系、相互制约的,必须结合实际、合理采用,才能得到良好的效果。对于应用广泛的大体积混凝土工程,需要不断总结经验,完善措施,使其走上成熟化、规范化的道路。
  
  
  参考文献
   [1]混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002)[S].
   [2]混凝土结构设计规范(GB50010-2002)[S].
   [3]叶琳昌,沈义.大体积混凝土施工[M].中国建筑工业出版社,1986.
   [4]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].中国铁道出版社,1999.
   [5]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版社,1998.
   [6]赵志缙,李继业,等.高层建筑施工[M].同济大学出版社,1999.
   [7]戴镇湖.大体积混凝土的防裂[J].2001,(9).
   [8]李德华.大体积混凝土裂缝的产生及防治[J].安徽建筑,2003,(5).
   [9]王铁梦.谈控制混凝土工程收缩裂缝18个因素.2003,(11).
   [10]黄国兴,惠荣炎.混凝土的收缩.中国铁道出版社,1990.
  
其他文献
摘要:地下室防水采用混凝土结构自防水与外墙全粘贴 SBS 高聚物改性沥青卷材防水相结合的施工技术,主要介绍防水混凝土、卷材防水及穿墙管道、施工缝的施工作法。  关键词:地下室防水;自防水混凝土;卷材防水  某住宅楼为钢筋混凝土框架结构、箱形基础,建筑平面呈长方形,地上9层,地下一层,地下室建筑面积为5100㎡,场地范围内地下水位在地表下约2.Om,属上层滞水,主要存在杂填土中,其补给来源主要为地表
期刊
摘要:抚顺电厂200MW机组投产后,新机组与老机组的水、汽、电系统均存在联系,随着老机组关停,部分老厂电气系统所带设备的非生产用能需从系统受电。从系统购电昂贵,增加生产成本,而且,用电不可靠,无备用电源,影响新厂机组安全运行。为保证新机组安全、经济、可靠运行,降低厂用电率,合理优化电气系统运行方式。  关键词:厂用电;运行方式;用电系统    抚顺电厂是个有着百年历史的老厂,六十年代总装机容量达2
期刊
摘要:文章探讨了砌体结构在我国建筑中的使用。在使用中,为了保证结构具有足够的抗震可靠性。在进行结构的抗震设计时,必须结合实际情况综合考虑多种因素的影响,从结构总体上进行设计。  关键词:砌体结构;多层砌体结构;抗震设计    砌体结构在我国居住、办公、学校等建筑中普遍使用的一种结构形式。砌体结构因由粘土砖、混凝土砌块等砌成的结构,被确定为脆性结构,其抗剪、抗拉、抗弯强度都相对较低,在地震作用下易发
期刊
ABSTRACT :In 1987, the Brundtland report described sustainable development as a development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own
期刊
摘要:文章结合作者多年从事结构设计工作的经验,就高层建筑结构设计的运用及特点展开讨论,以便引起结构设计人员的重视。  关键词:高层建筑;结构设计;结构体系    自改革开放以来我国的综合国力在不断提高,建筑业也有了突飞猛进的发展,已成为当今社会的重要支柱产业之一。由于我国是人口大国,土地资源宝贵,所以要求高效的利用土地资源。高层建筑因为其有效的解决了土地高效利用问题,加之计算机技术在建筑中广泛的利
期刊
摘要:电力建设的不断加快,施工管理在电力行业中处于极为重要的地位。文章对电力建设施工现场的安全管理及施工质量控制等两个方面的问题进行了论述,希望可为施工管理人员的工作提供借鉴和参考。  关键词:电力工程;质量控制;安全控制    隨着我国电力行业的快速发展,各电力施工企业加大改革力度,内抓管理,外抓市场,增强企业的竞争能力。但电力施工企业的管理,关键在于项目管理,项目管理的好坏直接影响企业的信誉、
期刊
摘要:文章对铁路隧道防排水施工进行了分析,并提出了施工过程中注意问题及解决方法的探析。  关键词:铁路隧道施工;渗漏水;施工缝;防排水工程    一、铁路隧道发生渗漏水的原因  (一)隧道易发生渗漏水部位  1.施工缝、沉降缝或混凝土裂缝部位渗水。  2.衬砌不密实部位渗水,主要出现在拱部因气密效应导致混凝土无法灌注密实的部位,或边墙、仰拱、二次填充混凝土漏振、漏浆等不密实部位。  3.完工后注浆
期刊
摘要:文章结合防爆物流仓库工程设计,介绍了爆炸性气体环境和防爆电器选择及工程设计的一些做法。  关键词:防爆物流仓库;爆炸性危险区域;电气设计    随着现代服务业的快速发展,大型物流基地仓库在各地不断的兴建,笔者曾设计一个大型物流基地中的防爆仓库(以下简称仓库),该仓库为82m×83m的钢筋混凝土结构,面积为7100㎡,层高8.6m,仓库设四个防火分区。该工程的负荷等级为一级,一级负荷容量为41
期刊
摘要:防屈曲支撑的承载力高、变形能力强,作为一种集结构构件和耗能构件为一体的新型技术应用的结构构件,可以有效解决普通钢支撑受压失稳的问题。文章探讨了防屈曲支撑在复杂建筑结构中的应用技术,并为复杂建筑结构的刚度均匀化性能设计、结构力学简化分析设计应用提供了途径,为解决复杂建筑结构设计過程中常见的技术问题提供了一些技术参考。  关键词:防屈曲支撑;耗能构件;抗震性能    防屈曲支撑可以解决普通钢支撑
期刊
摘要:城市的土地资源有限,并且身份宝贵,可谓“寸土寸金”,为了满足城市高度集中人群的生产、生活、工作、购物、娱乐基本需求,城市建筑物逐步向高层的趋势发展。随着城市高层建筑工程的日渐增多、工程规模日益扩大和结构日趋复杂,如何提升高層建筑施工过程中的技术应用,也就成为了摆在工程建筑单位面前一个严峻的问题,文章仅就此作以研究和探讨。  关键词:高层建筑;工程施工;施工技术    建筑施工技术,要根据施工
期刊