浅谈大体积混凝土裂缝的控制

陈金鹏 惠 涌 张志庸

在高耸构筑物和大型基础中,通常混凝土一次浇筑量较大,这种大体积混凝土的浇筑极易出现裂缝。所以,在浇筑大体积混凝土时,一定要认真组织施工,合理安排施工工序,才能确保混凝土的质量。本文以湖北华电西塞山电厂烟囱基础工程为例,对大体积混凝土施工中主要的技术难点进行了简要的阐述。

1 裂缝产生的原因

大体积混凝土施工的主要技术难点是防止混凝土裂缝的产生。造成大体积混凝土开裂的主要原因是干燥收缩和降温收缩。处于完全自由状态下的混凝土,出现再大的均匀收缩,也不会在内部产生拉应力。当混凝土处在地基等约束条件下时,内部就会产生拉应力,当拉应力超过当时混凝土的抗拉强度时,混凝土就会开裂。

混凝土中水泥水化用水大约只占水泥重量的20%,在混凝土浇筑硬化后,拌合水中的多余部分的蒸发将使混凝土体积缩小,即是混凝土的干缩,混凝土的干缩率大致在2×10-4～10×10-4范围内,这种干缩是由表及里的一个相当长的过程。

混凝土的早期潮湿养护对后期收缩并无明显影响,大体积混凝土的保湿养护只是为了推迟干缩的发生,有利于表面混凝土强度的增长,以及发挥微膨胀剂的补偿收缩作用。

大体积混凝土浇筑凝结后,温度迅速上升,通常经3 d～5 d达到峰值,然后开始缓慢降温。因为混凝土的特点是抗压强度高而抗拉强度低,而且混凝土弹性模量较低,所以升温时体积膨胀一般不会对混凝土产生有害影响,但在降温时其降温收缩与干燥收缩叠加在一起时,处于约束条件下的混凝土常常会产生裂缝,起初的细微裂缝会引起应力集中,裂缝可逐渐加宽加长,最终破坏混凝土结构性、抗渗性和耐久性。

对混凝土温升值的影响因素主要有水泥品种和用量、用水量、大体积混凝土的散热条件等。为尽量发挥混凝土松弛对应力的抵消作用,同时避免在混凝土硬化初期骤然产生过大的应力,应该减慢降温速度。一般规定,混凝土内外温差不大于25℃,降温速度不大于1.5℃/d。

2 控制的方法

该工程大体积混凝土的特点是:外筒基础厚度达到3 m,半径为16.9 m,基础宽度为6.4 m,模板采用砖胎膜,混凝土强度为C35,共计 1 637 m3。

2.1 混凝土配合比的设计

水泥:选用水化热较低的水泥,并尽可能减少水泥用量。本工程采用P.O42.5号普通硅酸盐水泥,掺入S95级矿渣粉。细骨料:采用中砂,因为使用中砂与细砂相比,可减少水及水泥的用量。粗骨料:选用粒径5 mm～31.5 mm级配石子,以减少混凝土收缩变形。含泥量:在大体积混凝土中,粗细骨料的含泥量是要害问题,若骨料中含泥量偏多,不仅增加了混凝土的收缩变形,又严重降低了混凝土的抗拉强度,对抗裂的危害性很大。因此骨料必须现场取样实测,石子的含泥量控制在1%以内,砂的含泥量控制在2%以内。掺合料:掺入粉煤灰。在混凝土中掺用的粉煤灰不仅能够节约水泥,降低水化热,增加混凝土和易性,而且能够大幅度提高混凝土后期强度,并且混凝土的28 d强度能够达到1.15倍混凝土标准强度值。

2.2 混凝土的拌制

为控制混凝土的入模温度,使其浇筑温度不超过28℃(指混凝土入模振捣后,在50 mm～100 mm深处的温度),要求混凝土搅拌站采用低温井水拌制混凝土,骨料放置在遮阳棚中,避免阳光直晒。现场泵送时,管道用湿毛毯覆盖,常洒水降温。

2.3 混凝土的运输

若采用商品混凝土,要根据现场与商品混凝土站的距离,考虑运输车辆的数量。运输车辆必须要保证混凝土的连续浇筑,还必须留有备用车辆,以防意外事件影响混凝土的浇筑。

2.4 混凝土的浇筑

制订浇筑方案。为减少每次浇筑的蓄热量,减少水化热的积聚,减小温度应力,混凝土采取斜面分层浇筑,每层厚度控制在200 mm～300 mm,保证大体积混凝土浇筑符合质量标准。本工程由一点开始沿基础周长方向顺时针分层进行浇筑。

在浇筑的过程中由一名技术人员经常检查前面浇筑的混凝土初凝情况并配合采用二次振捣法,增加混凝土的密实度,提高抗裂能力,同时也可防止出现冷缝。

严格控制振捣时间。混凝土振捣设备采用插入式振动器振实。混凝土施工中充分振捣可使骨料和水泥浆在模板中得到致密排列,有助于混凝土的密实性和抗裂性的提高。但过分振捣将使粗骨料沉落并使表层混凝土有较大收缩性,水分蒸发后易集聚形成凝缩缝。一般要求振捣手控制在20 s～30 s,或观察混凝土表面不冒气泡且已有部分泛浆即可。

混凝土浇筑结束后要对混凝土的表面进行处理,采用两道木抹和一道铁抹的工艺。第一次采用长柄木抹,主要是将表面挤压平整,使表面的水泥乳浆均匀分布,浆液厚度为3 mm～5 mm。待表面收水时,进行第二道木抹抹面,其作用是赶出表面泌水。二次抹压表面处理,有利于减少混凝土早期塑性裂缝,闭合泌水收缩裂缝。最后一道铁抹需待泌水赶出后,方可进行。将表面砂粒压入浆面,至有青色呈出即可。过度的抹平压光也会使混凝土的细骨料过多地浮到表面,形成含水量很大的水泥浆层。水泥浆中的Ca(OH)2与空气中的CO2反应生成碳酸钙,放出结合水而使混凝土表面碳化收缩,导致表面龟裂。

2.5 混凝土的养护

混凝土的养护是保证混凝土强度的一道重要工序。认真做好大体积混凝土的养护,本项目采用覆盖一层塑料薄膜和一层棉被再加一层塑料薄膜一层棉被的方法,由专人负责覆盖及洒水养护,可达到保温和保湿的目的,保证混凝土表面温度不致过快散失而产生表面裂缝,同时可使由混凝土的平均总温差所产生的拉应力小于其抗拉强度,避免产生贯穿裂缝。根据现场温度实测,将混凝土的内外温差控制在25℃以内,较好地防止了尚处在强度发展阶段的混凝土表面产生干缩裂缝。

2.6 混凝土温测

依据《混凝土结构工程施工及验收规范》中规定对大体积混凝土的养护,应根据气候条件采取措施。并按需要测定浇筑后的混凝土表面温度和内部温度,将温差控制在设计要求的范围内,温差不宜超过25℃。测温孔均匀分布于基础平面,一组设三层,埋设在基础上、中、下三层。在混凝土的升温阶段每2 h测温一次,降温阶段每6 h测温一次,并同时测定环境温度,直至温度稳定为止。

3 结语

本工程施工的烟囱基础大体积混凝土通过各个环节的严密控制,在拆除表面的养护覆盖层后,进行了检查验收,混凝土表面无裂纹,混凝土外观质量良好,得到了建设各方的一致好评。大体积混凝土的施工从原材料开始控制,一直到混凝土浇筑结束、表面处理、混凝土养护等完成,要有周密的施工措施,才能确保其施工质量。

[1] 张庆华.大体积混凝土温度裂缝产生机理和控制措施[J].山西建筑,2009,35(19):145-147.