大體積高強(qiáng)混凝土施工論文

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關(guān)鍵詞:大體積高強(qiáng)混凝土裂縫原因防治措施 

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，建筑施工技術(shù)飛速發(fā)展，隨著工程建設(shè)的規(guī)模越來(lái)越大型化，混凝土體積由幾百立方米逐漸增大到幾萬(wàn)立方米，建筑施工中時(shí)常涉及到大體積混凝土的施工，如高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等。由于現(xiàn)在施工中普遍使用的是商品混凝土和大坍落度混凝土，而此類混凝土的開裂現(xiàn)象一直比較普遍，加之現(xiàn)在所生產(chǎn)的放熱速度較過去大為提高的水泥，這使得大體積混凝土的溫度裂縫問題更加嚴(yán)重。  大體積混凝土溫度裂縫是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，預(yù)防和控制其產(chǎn)生是人們一直在致力解決的問題。本文總結(jié)分析了國(guó)內(nèi)的研究成果，分析了大體積混凝土裂縫的類型，對(duì)大體積混凝土裂縫的成因進(jìn)行了分析總結(jié)。  一、裂縫原因分析  大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因可分為二類:  (1) 由外荷載引起的裂縫,也即結(jié)構(gòu)性裂縫。  (2) 由變形變化引起的裂縫,包括溫度、濕度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素引起的裂縫,也即非結(jié)構(gòu)性裂縫。本文主要介紹和講解非結(jié)構(gòu)性裂縫的形成原因。  1、水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的熱量  水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，每克水泥放出的熱量達(dá)502.42j/g，因而使混凝土內(nèi)部的溫度升高，它在1～3天內(nèi)放出的熱量是總熱量的一半?；炷羶?nèi)部的最高溫度多發(fā)生在澆筑后3～5天內(nèi)，當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面溫差過大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形，溫度應(yīng)力與溫度成正比。而混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土及水泥用量有關(guān)，即混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力也越大，因而引起裂縫的可能性也越大，當(dāng)這種溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外的約束力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。因此，防止混凝土出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵就是控制混凝土內(nèi)部與表面的溫差。  2、內(nèi)外約束條件的影響  大體積鋼筋混凝土與地基澆筑在一起，當(dāng)溫度變化時(shí)，受到下部地基的限制，因而產(chǎn)生外部約束力?；炷猎谠缙跍囟壬仙龝r(shí)，混凝土的彈性模量小，徐變和應(yīng)力松馳度大，因而壓應(yīng)力較小。但當(dāng)溫度下降，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，若超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土?xí)a(chǎn)生垂直裂縫?；炷羶?nèi)部由于水泥的水化熱而形成中心溫度高，熱膨脹大，因而在中心產(chǎn)生壓應(yīng)力，在表產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度和鋼筋的約束作用時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生裂縫。  3、混凝土的收縮變形  混凝土的收縮變形包括混凝土的塑性變形、體積變形、干燥收縮和混凝土勻質(zhì)性的影響?；炷林?0%的水分要蒸發(fā)，20%的水分是水泥硬化所必需的。隨著混凝土的繼續(xù)干燥而使20%的吸附水溢出，就會(huì)出現(xiàn)干燥收縮。而表面比中心干燥得快，因而在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。  4、設(shè)計(jì)不合理引起的裂縫  混凝土設(shè)計(jì)鋼筋含量偏低,間距過大,鋼筋不能有效抵消混凝土內(nèi)部足夠的拉應(yīng)力,從而導(dǎo)致裂縫。在鋼筋周圍混凝土受到約束不能很自由發(fā)生形變。如果鋼筋直徑偏大,約束很強(qiáng),鋼筋周圍混凝土將產(chǎn)生很大的應(yīng)力。另外,設(shè)計(jì)混凝土保護(hù)層過薄,也易使混凝土表面出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土設(shè)計(jì)成高標(biāo)號(hào),由于其脆性大為增加,抗拉能力降低,在其它條件相同情況下,對(duì)各種因素的敏感程度大為提高。同時(shí)混凝土強(qiáng)度高,約束增強(qiáng),也是造成混凝土表面產(chǎn)生裂縫的重要原因。本工程井壁內(nèi)層采用內(nèi)鋼筒結(jié)構(gòu),內(nèi)鋼筒通過錨卡與混凝土連結(jié),使混凝土受到邊界約束,在錨卡周圍混凝土也受到強(qiáng)的約束,對(duì)混凝土自由形變非常不利。  5、選用材料不合理引起的裂縫  水化熱主要是水泥中礦物組份在水化過程中所放出的熱量。因此,選用合適的水泥對(duì)預(yù)防混凝土產(chǎn)生裂縫至關(guān)重要。選用中、低熱水泥或大壩水泥有利于降低水化熱,但低熱水泥混凝土收縮性較高,且價(jià)格高于普通水泥。另外,水泥改標(biāo)后,其比表面積比改標(biāo)前大為提高,雖然能增加水泥的抗壓強(qiáng)度,但不利于混凝土水化熱的散發(fā)和延緩放熱速度,容易產(chǎn)生應(yīng)力聚集。骨料的品種、粒徑對(duì)混凝土收縮也有很大影響。骨料的粒徑大,混凝土收縮小,有利于混凝土水化熱散發(fā),但不利于混凝土強(qiáng)度的提高,特別是高強(qiáng)度混凝土。  6、施工不合理引起的裂縫  (1) 澆筑混凝土?xí)r倒灰不均勻,用振動(dòng)棒找平時(shí),往往是混凝土中石子一振已下沉,多為砂漿或石子偏少的混凝土往兩邊跑,造成砂漿積聚,使局部混凝土中相對(duì)水泥含量增加,此處容易產(chǎn)生大的溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力,造成裂縫。  (2) 混凝土振搗時(shí)過振,造成粗骨料下沉,細(xì)骨料留在上層,強(qiáng)度不均勻。特別是最上一段混凝土,過振造成細(xì)骨料集中在上部,極易產(chǎn)生收縮裂縫。  7、外界氣溫變化的影響  混凝土內(nèi)部溫度是由于水泥水化熱的絕對(duì)溫度、澆筑溫度和混凝土的散熱溫度三者的疊加，其中澆筑溫度與外界氣溫有直接關(guān)系。外界氣溫越高，澆筑溫度也越高。當(dāng)溫度下降快，會(huì)大大增加外層與內(nèi)部混凝土的溫度梯度，從而產(chǎn)生溫差和溫度應(yīng)力，使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。因此控制混凝土表面溫度與外界氣溫溫差，也是防止裂縫的重要一環(huán)。  二、防治措施  1.設(shè)計(jì)措施  （1）精心設(shè)計(jì)混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高抗拉值”的抗裂混凝土。  （2）增配構(gòu)造筋，提高抗裂性能。應(yīng)采用小直徑、小間距的配筋方式，全截面的配筋率應(yīng)在0.3～0.5%之間。  （3）避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中。在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施。  （4）在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限抗拉強(qiáng)度。  （5）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮施工時(shí)的氣候特征，合理設(shè)置后澆縫，在正常施 工條件下，后澆縫間距20～30m，保留時(shí)間一般不小于60天。如不能預(yù)測(cè)施工時(shí)的具體條件，也可臨時(shí)根據(jù)具體情況作設(shè)計(jì)變更。  2.原材料控制措施  （1）盡量選用低熱或中熱水泥(如礦渣水泥、粉煤灰水泥)，或利用混凝土的后期強(qiáng)度(90 d～180d) 以降低水泥用量，減少水化熱(因?yàn)槊考訙p10 kg水泥，溫度會(huì)相應(yīng)增減1 ℃，水化熱與水泥用量成正比) 。在條件許可的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。因?yàn)檫@種水泥在水化膨脹期（1～5 d）可產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，而在水化后期預(yù)壓應(yīng)力可部分抵消溫度徐變應(yīng)力，減少混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力，提高混凝土的抗裂能力。  （2）適當(dāng)攙加粉煤灰?；炷林袚接梅勖夯液?，可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，抑制堿骨料反應(yīng)，減少新拌混凝土的泌水等。  （3）選擇級(jí)配良好的骨料。骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對(duì)體積的80%～83%，因此在選擇骨料時(shí)，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無(wú)弱包裹層、級(jí)配良好的骨料。一般來(lái)說(shuō)，可以選用粒徑4 mm～40mm的粗骨料，盡量采用中砂，嚴(yán)格控制砂、石子的含泥量(石子在1 %以內(nèi)，砂在2 %以內(nèi)) ?？刂扑冶仍?.6 以下。還可以在混凝土中摻緩凝劑，減緩澆筑速度，以利于散熱。另外還可以考慮在大體積混凝土中摻加堅(jiān)實(shí)無(wú)裂縫、沖洗干凈、規(guī)格為150mm～300mm的大塊石。摻加大塊石不僅減少了混凝土總用量，降低了水化熱，而且石塊本身也吸收了熱量，使水化熱能進(jìn)一步降低，對(duì)控制裂縫有一定好處。  （4）適當(dāng)選用高效減水劑和引氣劑，這對(duì)減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力學(xué)、熱學(xué)、變形、耐久性等性能起著極為重要的作用。  3.施工方法控制措施  大體積混凝土施工時(shí)內(nèi)部應(yīng)適當(dāng)預(yù)留一些孔道，在內(nèi)部通循環(huán)冷水或冷氣冷卻，降溫速度不應(yīng)超過0.5 ℃～1.0 ℃/h。對(duì)大型設(shè)備基礎(chǔ)可采用分塊分層澆筑(每層間隔時(shí)間5d～7d)，分塊厚度為1.0m～1.5m，以利于水化熱散發(fā)和減少約束作用。當(dāng)混凝土澆筑在巖石地基或厚大的混凝土墊層上時(shí)，在巖石地基或混凝土墊層上鋪設(shè)防滑隔離層(澆二度瀝青膠撒鋪5 mm 厚砂子或鋪二氈三油) ，底板高低起伏和截面突變處，做成漸變化形式，以消除或減少約束作用。此外，還應(yīng)加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗，提高密實(shí)度。盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上。盡量采用兩次振搗技術(shù)，改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。還可根據(jù)具體工程特點(diǎn)，采用uea補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。  4.溫度控制措施  混凝土溫度和溫度變化對(duì)混凝土裂縫是極其敏感的。當(dāng)混凝土從零應(yīng)力溫度降低到混凝土開裂溫度時(shí)，混凝土拉應(yīng)力超過了此時(shí)的混凝土極限拉應(yīng)力。因此，通過應(yīng)降低混凝土內(nèi)水化熱溫度和混凝土初始溫度，減少和避免裂縫風(fēng)險(xiǎn)。  參考文獻(xiàn)：  [1]周真云.大體積高強(qiáng)混凝土施工裂縫及控制措施.西部探礦工程,2004年第6期  [2]曾偉星.大體積混凝土裂縫控制.建材與裝飾，2007年