刘宗勇(肃州区建设工程安全质量监督管理站,甘肃 酒泉 735000)
大体积混凝土裂缝产生的原因和裂缝的预防控制
刘宗勇(肃州区建设工程安全质量监督管理站,甘肃 酒泉 735000)
裂缝是大体积混凝土施工中最常见的质量缺陷,如果裂缝的数量和尺寸超过规范的规定,就会对混凝土结构的安全性造成一定的隐患。通常情况下大体积混凝土结构的裂缝,都是由于水泥水化过程中释放的水化热不能及时释放而引起的温度剧烈变化,和混凝土在凝结过程中收缩产生的收缩应力引起的。如何减少和避免大体积混凝土结构裂缝的产生,是广大施工技术人员一直探索的技术问题。本文对大体积混凝土裂缝产生的最常见原因进行了列举和分析探讨。对混凝土原材料质量的控制、混凝土硬化过程中温度的控制、对混凝土约束条件的改善等有效措施进行了详细的论述。
大体积混凝土;裂缝;防治和控制
现在的建筑结构大多采用框架、框架剪力墙和剪力墙结构,混凝土是工程主体结构的主要材料,无法取代。高层建筑、大型的公共建筑、市政桥梁等工程中基本上采用的都是大体积混凝土结构。这些大体积混凝土结构充分发挥了混凝土显著的优点:结构整体性强、构件体积一般都比较大、施工操作要求严谨、细致而且要求技术人员具有一定的业务水平,如果条件允许,可以制定大体积混凝土施工方案,经专家论证后按方案进行施工。这样可以有效的避免大体积混凝土裂缝的产生。具体采取那些方法可以防止和减少大体积混凝土施工过程中裂缝的产生,是我们广大专业技术人员一直探索的问题。
混凝土裂缝的产生是多种因素作用的结果,最常见得是环境温度和湿度的变化以及混凝土的抗裂性差、和易性不好等原因。砂、石的级配、含泥量、泥块含量;水泥的强度、安定性等因素;碱骨料反应,模板强度低易变形,基础夯实不达标造成不均匀沉降等。大体积混凝土裂缝产生的主要原因是混凝土自身的特性所决定的。从一个角度来讲大体积混凝土在凝结过程中,水泥水化产生大量的水化热,造成混凝土内部和表面温度差别过大以及昼夜温差过大的地区浇筑混凝土容易产生温度应力导致混凝土变形。从另外一个角度来讲随着混凝土结构强度的增长会防止这种变形的产生。如果温度应力足够大,可以超过混凝土所能经受的最大抗拉应力时,混凝土表面就会出现裂缝[1]。
大体积混凝土硬化过程中水泥水化产生大量的水化热,不易降温,所以混凝土内部温度就会持续升高,在混凝土的外表面就会产生比较大的拉应力。如果这种拉应力远远大于混凝土的强度所能承受的抗裂强度时,混凝土表面就会出现裂缝。大体积混凝土的里面的湿度改变一般都很小,变化过程很缓慢,可是受环境的影响混凝土表面的湿度恐怕会产生比较大的改变。假如混凝土表面保湿养护不足,混凝土表面就会干缩变形,由于混凝土内部抗变形强度的作用,所以混凝土表面常常会产生裂缝。
混凝土属于抗拉强度很小的建筑材料,它的抗拉强度约占抗压强度的百分之十。建筑工程中普遍运用钢筋混凝土,它的抗拉强度主要取决于钢筋的抗拉强度,抗压强度主要由混凝土来承担。没有钢筋的素混凝土里面或者钢筋混凝土的边缘的地方,假如混凝土结构要承受抗拉强度,这种情况就要看混凝土本身的强度了。在建筑主体结构的混凝土设计中都要保证混凝土结构不受抗拉强度或非常小的抗拉强度。可是在大体积混凝土结构的施工过程中混凝土从水泥水化开始的最高温度降到和环境一致的日常温度,一般都会在混凝土里面发生很大的抗拉强度。体积较大的混凝土,温度差异引起的抗拉强度有时可能会高出混凝土表面外荷载造成的抗拉强度,所以控制好大体积混凝土的内外部温差,把握好混凝土内外部温度变化规律,有利于进行合理的大体积混凝土结构设计和施工操作[2]。
大体积混凝土里面接近中心的地方温度最高,在混凝土结构周围不设置散热措施的情况下,混凝土中心的温度是浇筑混凝土材料的温度和水泥水化热产生的温度之和。可是在施工过程,混凝土与自然条件下的气温存在一定温度差异,混凝土结构处在自然条件下,所以在浇筑混凝土的时候不可避免的要在自然环境中发生热量交换。可见大体积混凝土里面的最高温度,事实上是现场混凝土浇筑的温度、水泥水化热导致的升温和混凝土与周围环境的热交换温度加在一起组成的。混凝土内部的中心温度的升高,主要是混凝土中水泥水化热导致的混凝土温度的升高,这是混凝土内部温度升高的主要原因。因为混凝土中水泥水化热而导致的混凝土内部温度升高,一般持续时间比较长,可是混凝土里面中心的最高温度通常出现在浇筑混凝土后的3天左右。所以控制混凝土中水泥水化热导致的混凝土内部温度升高,是限制大体积混凝土内部温度升高的主要因素[3]。
如果混凝土由于内外温差引起的抗拉强度大于混凝土自身的抗拉强度时,就能选用控制混凝土入模的浇筑温度,采取必要的温度控制措施和改进混凝土的和易性和密实度使混凝土的抗拉强度进一步提升,保证模板的强度和刚度,这样会让混凝土的抗拉强度处在设计许可的偏差里[4]。
3.1 配置混凝土材料的质量要求
3.1.1 配制混凝土用的水泥的要求
配制混凝土的水泥活性越强,水泥的强度等级越高,混凝土凝结后的收缩量越大、混凝土紧缩的时间越长。常用的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥等不同品种的水泥,水泥的水化热和其配制混凝土的收缩量明显不同。大体积混凝土在保证混凝土强度的前提下,要尽可能的使用水泥水化热低的水泥配制混凝土,最好加入粉煤灰等掺合料,减少水泥的用量,或者添加减水剂减少水泥水化热的产生,这样可以有效的降低混凝土的内部温度。最好不要在大体积混凝土中应用高强或早强水泥[5]。
3.1.2 配制混凝土用的粗、细骨料的要求
粗细骨料的级配、针片状含量、含泥量、泥块含量等必须符合相应等级混凝土和规范的要求。如果这些强制性指标不符合相应的要求,混凝土的和易性不好,强度也会显著降低。抵抗混凝土裂缝的能力也会相应降低。所以要选用级配合格的砂、石料,要严格限制砂、石的含泥量、含粉量和有害杂质含量[5]。
3.1.3 配制混凝土的坍落度和水灰比的要求
现在由于人们对环保的要求日益增高,和施工现场的局限性,泵送混凝土的市场占有率基本达到了100%。由于泵送混凝土的特殊性,所以好的混凝土流动性、和易性会极大的方便混凝土的施工。混凝土的坍落度越大,水灰比就越大,水化热相应的也就越高。所以,要通过试配选用合适的减水剂,减少用水量,提高混凝土的流动性[6]。同时也有效的降低了水化热。
3.2 防止混凝土内部温度升高的方法
混凝土抗拉强度越高,混凝土内部和外部温度差别也就越宽松些,可以有效的抵抗裂缝的产生。混凝土强度越高,性能越好,就可以更好的抵抗混凝土内外温差引起的抗拉强度。所以,要依据混凝土在不同龄期的抗拉强度的大小来推定混凝土中心位置和外部的温度差距的要求数值。
经过对相关资料的研究表明:如果混凝土结构内部中心部位和外部的温度差距限制在20~25℃时,混凝土通常不会因为内外部温度差距,产生较大的抗拉强度使混凝土结构出现凝结初期的裂缝。所以,一定要限制混凝土内部的最高温度,限制混凝土内部温度的主要方法有混凝土内部降温法和混凝土外部保温法[7]。
3.2.1 混凝土内部降温法
在大体积混凝土结构施工过程中,在混凝土内部预埋冷却循环水管,在混凝土浇筑成型之后,立即通过对管内冷却水的循环对混凝土内部进行降温,使混凝土的内外部的温度差距尽快缩小,减小混凝土的抗拉强度,减少混凝土裂缝的发生。可是这种混凝土内部的降温方法,花费比较大,不太适应大范围推广。
3.2.2 混凝土外部保温隔热法
在大体积混凝土浇筑成型之后,在混凝土表面及时的加盖保温材料,比如草垫子、麻袋片,塑料膜等,还可以按时向混凝土表面撒热水等,可以减小混凝土表面和混凝土内部的温度差距。限制了混凝土的内外部温度的差距,就可以降低混凝土因为温度变化而导致抗拉强度降低,从而减少裂缝的产生。这种混凝土外部保温隔热法操作方法简单,花费低廉,所以在大体积混凝土的施工过程中经常被应用[8]。
3.3 甄选正确的施工方法,最大限度的优化混凝土的约束条件
3.3.1 优化混凝土的外部约束力
如果混凝土外部的约束力小于混凝土的抗拉强度的时候,混凝土有一定的伸缩性,混凝土表面就没有裂缝产生。假如大体积混凝土基础结构设计在了在松软地基上,这种松软地基的约束作用就很小,就不容易产生裂缝;假如大体积混凝土基础结构设计在基岩上,混凝土结构就会受到很大的约束力,混凝土的伸缩性受到影响,这种混凝土的抗拉强度和岩石的强度,相互作用,易使混凝土产生裂缝。要是在基础下面设计能够缓冲的滑动垫层,那么混凝土的抗裂效果就比较好[10]。
3.3.2 优化混凝土的内部约束力在施工过程中,根据尺寸有计划的设置后浇带,这样不但减少了之前浇筑的混凝土自身的约束,而且又有利于混凝土内外部温差的减小和混凝土早期抗拉强度的减小。施工数据显示,后浇带的间距不宜超过30m,填充时间不宜少于45天,90天~180天后填充后浇带的效果最佳[11],不易产生裂缝。
大体积混凝土结构施工中最易发生的质量通病就是怎样防止、限制温度裂缝的产生。这样不仅避免了质量瑕疵,也可以减少质量隐患。所以:加强对混凝土配制材料、配制温度的控制和约束条件的改善,对于提高大体积混凝土抗拉强度及抗裂性能效果显著,能有效地减少和防止裂缝的出现。
[1]王亚斌.大体积混凝土温度预测与裂缝控制[J].桥梁建设.1997(04)
[2]赵士怀,黄夏东,李光旭,陈德威,吴镝.高层建筑大体积混凝土结构温度裂缝控制技术[J].施工技术.1998(05)
[3]顾耀民.黄河沙坡头水利枢纽工程混凝土温控与防裂措施[J].宁夏工程技术.2002(04)
[4]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.
[5]郭仕万,肖欣,赵和平.混凝土施工中的裂缝控制[J].山西水利科技.2000(04)
[6]迟培云,钱强,高昆.大体积混凝土开裂的起因及防裂措施[J].混凝土.2001(12)
[7]赵书银,张爱娟,汤劲松.大体积混凝土温度控制与测试[J].铁道建筑.2002(09)
[8]田昕,田锋,李换云,刘培泰.万家沟水库大坝混凝土防裂技术措施[J].内蒙古农业大学学报(自然科学版).2002(03)
[9]朱华云,王静杰.大体积混凝土温控防裂技术[J].电力学报.2000(01)
[10]韩宇峰.大体积混凝土施工技术及水化热引起裂缝的预防措施[J].鸡西大学学报.2002(03)
[11]李冬青.钢筋混凝土结构温度裂缝的原因分析与对策[J].广州大学学报(自然科学版).2003(01)
The causes of mass concrete cracks and the prevention and control measures of cracks
Crack is one of the most common quality defects in mass concrete construction,if the number of cracks and size than the norms,will cause a certain hidden danger to the safety of concrete structure.Usually crack of mass concrete structure,is due to the release of hydration heat of cement hydration process is not released in time and cause of the rapid changes in temperature,and concrete shrinkage caused by the shrinkage stress produced in the process of condensation.How to reduce and avoid the cracks of mass concrete structure,is the general construction technical personnel have been exploring technical problems.So in this paper,the most common causes of cracks in mass concrete,enumerated and analyzed.Raw material quality control of concrete,concrete hardening temperature control,in the process of effective measures such as the improvement of the constraint condition of concrete in detail in this paper.
large volume concrete;fracture;prevention and control
TU37
B
1003-8965(2017)03-0103-02
刘宗勇,(1969.9)甘肃兰州人,肃州区建设工程安全质量监督管理站站长,高级工程师,主要从事建设工程安全质量的监督管理工作,建筑新材料新技术的研究和应用。