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淺談高層建筑大體積混凝土裂縫的防治
一、高層建筑大體積混凝土常見裂縫及控制原理
高層建筑由于基礎混凝土體積大,混凝土收縮受到限制便有可能產(chǎn)生影響使用與耐久性的有害裂縫,即貫穿性裂縫(外約束裂縫)或可能發(fā)展的表面裂縫(內(nèi)約束裂縫)。
(一)貫穿性裂縫
這種裂縫特征是由交界面向上延伸,靠近基底最大而在上部較小,嚴重的會破壞結(jié)構的整體性、耐久性、防水性和穩(wěn)定性等,影響正常使用,危害嚴重。其產(chǎn)生的原因是溫度應力作用的結(jié)果。在混凝土降溫階段,熱量逐漸散發(fā),因溫度逐漸下降使混凝土體積產(chǎn)生收縮,同時,在硬化過程中因多余水份蒸發(fā)及碳化等原因混凝土產(chǎn)生收縮變形,受到地基和結(jié)構邊界條件的約束(外約束),不能自由變形,從而產(chǎn)生溫度應力(拉應力),當兩種應力疊加超過混凝土的抗拉極限強度時,則在混凝土的底面交界處附近以至混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。
(二)表面裂縫
這種裂縫的產(chǎn)生與混凝土的內(nèi)外溫差有密切的關系。大體積混凝土結(jié)構,澆筑后水泥的水化熱很大,由于混凝土體積大,聚積在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā),混凝土的內(nèi)部溫度將顯著升高。而混凝土表面則散熱較快,這樣形成較大的內(nèi)外溫差,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應力,表面產(chǎn)生拉應力。如果在混凝土表面附近存在較大的溫度梯度,就會引起較大的表面拉應力,此時混凝土的齡期很短,抗拉強度很低,如果溫差產(chǎn)生的表面拉應力,超過此時的混凝土極限抗拉強度,就會在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。這種裂縫一般產(chǎn)生很早,多呈不規(guī)則狀態(tài),深度較淺,屬表面性質(zhì)。表面裂縫易產(chǎn)生應力集中,能促使裂縫進一步開展。
由上述分析可見,高層建筑大體積混凝土的裂縫控制,不僅要杜絕有害的貫穿性裂縫,同時也要減少或避免不影響使用的混凝土表面裂縫。
而根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因,我們可采取溫差與溫度應力雙控制方法,避免結(jié)構物出現(xiàn)溫度裂縫的同時,調(diào)整混凝土表面濕度,以防止表面干縮裂縫。
二、主要溫控技術措施
大體積混凝土裂縫控制的根本原則是同齡期的溫度應力(包括相應齡期混凝土收縮當量溫差產(chǎn)生的應力)應小于同齡期的混凝土抗拉強度,即要求進行溫度應力控制。綜合種種因素,筆者認為,預防記層建筑大體積混凝土裂縫應采取以下幾種措施:
?。ㄒ唬┙档突炷涟l(fā)熱量
1.選用水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥,以降低混凝土溫度。選擇大體積混凝土用的水泥,應當把混凝土的絕熱溫升和抗拉強度結(jié)合起來考慮,因為水化熱小的水泥強度發(fā)展緩慢,于防止混凝土開裂不利。
2.摻加粉煤灰取代一部分水泥以削減水化熱產(chǎn)生的高溫峰值,同時可改善混凝土的和易性,增加混凝土的粘性減少離析和泌水,且混凝土易于振搗密實易于終飾抹面,延長凝結(jié)時間。粉煤灰最大摻量因水泥品種不同而不同,一般可取代10%~30%的水泥,但水泥用量應不少于300kg/m3.
3.摻加緩凝減水劑或高效減水劑,以提高強度減少用水量和減少水泥用量,延長混凝土達到最高溫度的時間,同時可減少干縮。一般來說,摻減水劑的混凝土早期溫度較低。
4.盡可能選用最大粒徑較大、顆粒形狀好且級配良好的粗集料,避免用砂量過多,以減少水泥用量和用水量。
5.用低流動性混凝土,即在施工技術允許的情況下盡可能用低坍落度混凝土(泵送混凝土坍落度一般選擇8~18cm),同時,嚴格控制水灰比,盡量減少單位體積混凝土的用水量。
6.當設計有要求時,可在混凝土中填放符合要求的片石,以減少混凝土數(shù)量,降低混凝土溫度。片石大面要向下,間距不小于10cm。
(二)降低混凝土澆筑溫度
外界氣溫愈高,混凝土的澆筑溫度也愈高,混凝土溫度高將加速水泥的水化反應,混凝土達到最高溫度的時間縮短,因而減少了可利用的散熱時間,不利于降低混凝土的最高溫度和減小溫差。同時,混凝土澆筑溫度增高會降低其和易性,為達到同樣的和易性就要增加用水量,這樣就會降低混凝土質(zhì)量。一般情況下,混凝土的澆筑溫度不宜大于280C.降低混凝土澆筑溫度的方法如下:
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