關(guān)于大體積混凝土裂縫控制的思考

李 勇

摘要由于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較大,混凝土強(qiáng)度較高,使得水泥在水化反應(yīng)過(guò)程中釋放的水化熱產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用,產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力,常導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。這些裂縫往往給工程帶來(lái)不同程度的危害,甚至?xí)斐山?jīng)濟(jì)上的巨大損失。

關(guān)鍵詞大體積混凝土裂縫措施

中圖分類(lèi)號(hào):TU528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

隨著工程建設(shè)的快速發(fā)展,大體積混凝土日益增多,而在大體積混凝土施工中普遍會(huì)遇到裂縫控制問(wèn)題,該問(wèn)題若是處理不當(dāng)將為工程結(jié)構(gòu)埋下嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。因此,大體積混凝土施工中應(yīng)嚴(yán)格控制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展,以保證工程質(zhì)量。本文結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)談一談大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和裂縫控制的措施。

1 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

1.1 溫差裂縫

混凝土內(nèi)部和外部的溫差過(guò)大會(huì)產(chǎn)生裂縫。溫差裂縫的主要影響因素是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過(guò)大,特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類(lèi)裂縫。大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般要求一次性整體澆筑,澆筑后,水泥因水化引起水化熱,由于混凝土體積大,聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不容易散發(fā),混凝土內(nèi)部溫度將顯著升高,而混凝土表面土則散熱較快,形成了較大的溫度差,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。而此時(shí),混凝土齡期短,抗拉強(qiáng)度很低,當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度,就會(huì)在混凝土的表面產(chǎn)生裂縫。大體積混凝土施工,由于混凝土內(nèi)部與表面散熱速率不一樣,在其表面形成較大的溫度梯度,從而引起較大的表面拉應(yīng)力。同時(shí),此時(shí)混凝土的齡期很短,抗拉強(qiáng)度很低,溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力,超過(guò)此時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度,就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。經(jīng)驗(yàn)與案例表明,此種裂縫一般產(chǎn)生在混凝土澆筑后的前3天(升溫階段)?；炷两禍仉A段,由于逐漸降溫而產(chǎn)生收縮,再加上混凝土硬化過(guò)程中,由于混凝土內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用,促使混凝土硬化時(shí)收縮。這兩種收縮由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束,也會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力,直至出現(xiàn)收縮裂縫。

1.2 沉縮裂縫

在大體積砼(特別是泵送大流態(tài)砼)施工中也是非常多的。砼澆筑成型后,養(yǎng)護(hù)工作不到位,沒(méi)有及時(shí)地進(jìn)行表面覆蓋,表面水份散失過(guò)快,導(dǎo)致砼內(nèi)部與外部不均勻收縮,其表面干收縮大于其內(nèi)部干收縮值。由于干縮快慢差而形成的砼表面拉應(yīng)力,也是砼產(chǎn)生裂縫的重要原因。主要表現(xiàn)在振搗不密實(shí),沉實(shí)不足,或者骨料下沉,表層浮漿過(guò)多,砼澆筑后,沒(méi)有及時(shí)抹壓實(shí)(特別是初凝前的二次拌壓),且表面覆蓋不及時(shí),受風(fēng)吹日曬,表面水份散失快,產(chǎn)生干縮,砼早期強(qiáng)度又低,不能抵抗這種變形而導(dǎo)致開(kāi)裂。在施工中采用緩凝型泵送劑,可延緩砼的凝結(jié)硬化速度,充分利用外加劑(特別是緩凝劑)的特性,適時(shí)增加抹加次數(shù),消除表面裂縫,特別是初凝前的抹壓,這對(duì)消除表面裂縫是有效的。

1.3 塑性收縮變形使混凝土產(chǎn)生裂縫

塑性收縮裂縫發(fā)生在混凝土硬化之前、處于塑性狀態(tài)時(shí)。它的產(chǎn)生主要是由于上部混凝土的均勻沉降受到了限制,如遇有鋼筋或大的骨料或者是平面面積較大的混凝土,其水平方向的收縮比垂直方向更難,這樣就會(huì)形成不規(guī)則的深裂縫。這種裂縫通常是互相平行的,間距為0.2一lm左右,并且有相當(dāng)?shù)纳疃取７乐钩霈F(xiàn)這種裂縫的最好辦法,就是連續(xù)澆筑與修整抹面,并立即養(yǎng)護(hù)、保護(hù)混凝土。

1.4 混凝土不均勻性使混凝土產(chǎn)生裂縫

混凝土經(jīng)過(guò)運(yùn)輸?shù)竭_(dá)現(xiàn)場(chǎng),由于坍落度不同,石子粒徑與品種不同,振搗的密實(shí)度不同以及長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)挠绊懙?都會(huì)影響到混凝土的勻質(zhì)性。由于勻質(zhì)性不同,而造成混凝土的彈性模量不均勻,從而使得混凝土在收縮變形過(guò)程中導(dǎo)致應(yīng)力集中,引起裂縫。

2 大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的危害

近代科學(xué)關(guān)于混凝土強(qiáng)度的研究以大量工程實(shí)踐所提供的經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明,結(jié)構(gòu)物的裂縫是不可避免的,是人們可以接受的材料特征。雖然國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)界普遍認(rèn)為,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的允許最大裂縫寬度主要是為了保證鋼筋不致產(chǎn)生銹蝕,但通過(guò)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外科技界多次調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),結(jié)論是裂縫的寬度與鋼筋銹蝕沒(méi)有直接關(guān)系,即便在潮濕的環(huán)境中裂縫也只能引起局部銹蝕,銹蝕程度不大,只有在氯化物含量較高的環(huán)境中裂縫才引起較大的銹蝕,所以,如對(duì)建筑物抗裂要求過(guò)高、過(guò)嚴(yán),將付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)?？茖W(xué)的要求應(yīng)是將其有害程度控制在允許的范圍內(nèi)。但根據(jù)調(diào)查資料,凡接近于實(shí)驗(yàn)室荷載試驗(yàn)條件的,其主要是由荷載引起的裂縫,變形變化引起的裂縫一般不影響承載力。裂縫引起的各種不利后果,滲漏水占60%,高腐蝕、高濕度(包括干濕交替)環(huán)境中的結(jié)構(gòu),容易出現(xiàn)沿鋼筋縱向裂縫,腐蝕將對(duì)承載力會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。所以,對(duì)于結(jié)構(gòu)物中主要由于變形變化引起的裂縫,要根據(jù)防水、防滲、防氣、防輻射、美觀(guān)及使用要求加以控制。

3 防止裂縫的措施

3.1 優(yōu)化配合比設(shè)計(jì),合理選材,盡量減少水泥用量

嚴(yán)格控制水灰比,力求從源頭上減少裂縫的產(chǎn)生。選用水化熱低的水泥,優(yōu)先選用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥以減少水化熱引起的絕熱溫升而導(dǎo)致的裂縫;選用粒徑大、強(qiáng)度高、級(jí)配好的骨料盡量減小混合料的空隙率及比表面積,從而減少水泥的用量、降低水化熱、減少干縮、減小混凝土裂縫的開(kāi)展;通過(guò)摻加外加劑(如減水劑.緩凝劑等)減小砂率、減小坍落度等都可以有效減少或降低混凝土溫升導(dǎo)致的裂縫。

3.2 制定合適的允許溫差

溫差裂縫的重要原因是溫差太大。為了防止裂縫發(fā)生,必須規(guī)定各種溫差,包括內(nèi)外溫差、內(nèi)部溫差和溫度陡降的容許值,這些容許溫差可根據(jù)以往工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),結(jié)合理論計(jì)算來(lái)確定。在一般的大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中,如基礎(chǔ)的約束不大,內(nèi)外溫差可控制在不超過(guò)25℃。拆模時(shí)根據(jù)混凝土內(nèi)部最高溫度與環(huán)境溫度的容許差值進(jìn)行控制,必須避免氣溫驟降等因素的影響。

3.3 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土澆筑后,需加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),但最初不能灑水養(yǎng)護(hù),待放熱高峰期過(guò)后,方能灑水養(yǎng)護(hù),在養(yǎng)護(hù)期間,應(yīng)定時(shí)觀(guān)測(cè)溫度變化,務(wù)必將溫差控制在允許范圍之內(nèi)。對(duì)于大體積混凝土,可在其表面覆蓋薄膜、麻袋,此舉可減少混凝土表面的熱擴(kuò)散,并提供適宜的潮濕環(huán)境,防止混凝土表面因脫水而產(chǎn)生干縮裂縫,同時(shí)延長(zhǎng)了散熱時(shí)間,使混凝土的平均總溫差所產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度,防止裂縫的產(chǎn)生。

3.4 混凝土澆筑方法的選擇

由于大體積混凝土斷面較大,因此可采用全面分層法,即在第1層澆筑完畢后,再回頭澆筑第2層,如此逐層澆筑,直至完工為止;也可采用分段分層法,即混凝土從底層開(kāi)始澆筑,進(jìn)行2～3m后再回頭澆筑第2層,同樣依次澆筑各層。斜面分層法,要求斜面坡度不大于1:3,適用于結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度大大超過(guò)厚度3倍的情況。當(dāng)然必須注意,澆筑須連續(xù)進(jìn)行,不留施工縫,同時(shí)應(yīng)在下一層混凝土初凝之前,將上層混凝土澆筑完畢。

4 結(jié)束語(yǔ)

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多,但只要嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定施工,認(rèn)真積極地探索裂縫產(chǎn)生的原因,豐富相關(guān)的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),及早采取相應(yīng)的預(yù)防與控制措施,就能有效地控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫,保證該分項(xiàng)的工程實(shí)體質(zhì)量。