浅析大体积混凝土裂缝的产生与预控.pdf

6 6 矿 业 工 程 M i n i ng Eng i n e e r i ng 第 1 O卷第 2 期 2 0 1 2年 4月 浅析大体积混凝土裂缝的产生与预控 赵 丹 ( 安徽 电力工 程监 理有 限公 司 ，安 徽 铜陵 2 4 4 O O O ) 摘 要：大体积混凝土最大的施工质量问题就是裂缝 ，形态不一 的裂缝给建筑物带来严重的危害 ，因此 ， 必须设法预 防和控制大体积混凝土裂缝的产生。 关键词 ：大体积 ；混凝土 ；裂缝 中图分 类号 ：T u 3 7 5 文献标 识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 t 一8 5 5 0( 2 0 1 2 )0 2 —0 0 6 6 —0 2 1 概述 关 于大体积混凝 土，国内目前 尚无明确定义 。《 大体 积 混凝土施工规 范》( G B 5 0 4 9 6 —2 0 0 9 )中对大体积混凝土的 定义是 ：混 凝土结构物 实体最小 几何尺寸 不小于 l m 的大 体积混凝土 ，或 预计会 因混凝 土中胶凝材 料水化 引起 的温 度变化和收缩而导致有 害裂缝产生 的混凝土 。 日本建筑 学会 标准 ( J AS S 5 )则 规定 ：结 构断 面最 小 厚度在8 o c m以上 ，同时水化热引起混凝土内部的最高温度 与外界气温之差预计超过 2 5 ℃的混凝 土，称为大体 积混凝 土 。 大体积混凝土结构一 般具有 以下 特点 ：结构 厚实 、混 凝 土量大 、工程条件 复杂、施工技 术要求 高 、水泥 水化热 较 大及易产生裂缝 。 大体积混凝土最大 的施工质 量问题 就是裂 缝 ，裂缝 的 出现不仅会 降低建筑 物 的抗 渗能力 ，影 响其使 用功能 ；还 会引起钢筋 锈蚀 、混凝 土碳化及 降低 材料 的耐久性 ，影 响 建筑物的承载能力。因此 ，要从 混凝 土裂缝 的种类 、产 生 原因等方面进行认真的研究 分析 ，并在施 工 中采 取有效 措 施来预防和控制 裂缝的产生 ，以确保建筑 物和构 件的安 全 可靠 。 2 大体积混凝土裂缝 的种类 —— 表面裂缝。这种 裂缝在 混凝土 升温和 降温 阶段都 有可能发生 ，在混凝土热量 通过表面 向周 围环 境散发 过程 中，表面温度低于 内部温 度 ，形成 内外温 差。当这种 温差 沿着厚度方 向呈非线性分布时 ，引起混凝 土的非均 匀变形。 起初混凝土处于塑性状 态 ，凝结硬 化过程 中 ，其弹性 模量 随强度不断增长 ，当温差产 生 的拉应 力超过 当时混凝 土 的 极限抗拉强度时 ，就会在 混凝土 表面产 生裂缝 ，这 种裂缝 一 般危害不大 。 —— 贯穿裂缝 。贯穿裂缝一 般发 生在 降温 阶段 ，大体 收稿 日期 ：2 0 1 1 一l O 一2 4 作 者简介 ：赵丹 ( 1 9 8 0 --) ，女( 汉族) ，安徽铜 陵人 ，安徽电力 工程监理有限公司工程 师，一级建造师。 积混凝土基础呈降渐 收缩状态 ，降温 收缩受 到基底 及 自身 约束作用 ，产生很大的收缩应力 ( 拉 应力 ) ，当拉应力超 过 当时混凝土 的极限抗拉 强度时 ，就会 在混凝 土 中产 生收缩 裂缝 。该收缩裂缝有 时会贯穿 全断 面，成为结 构裂缝 。基 底及 自身构造约束作 用越强 、平均 温度 峰值越 高 、贯穿 裂 缝 出现的可能性就越 大。该裂缝对 建筑物结 构 的危害较 严 重 。 —— 深层 裂缝 。深层裂缝 部分地 切 断了结 构断 面 ，也 有一定危害性 。 3 大体积混凝土产生裂缝 的原 因 一一 水泥水化热引起 的温 度应 力和温度 变形 。水泥水 化反应是一个放热过程 ，这些 热量 聚集在混 凝 土内部 ，弓 I 起的温升一般达到 2 O ℃～3 O ℃，有 时甚至更 高。在 浇筑后 3 ～5 天 内，内部温 度的 上升使混 凝土 表面形 成很 大 温差 ， 降温时 内部对外部 的收缩形成 约束 ，其表 面将产生 较大 的 拉应力 。当混凝土初期抗 拉强度不 足以抵抗 内约束 拉应 力 时 ，表面就会 出现裂缝 。 —— 内外约束条件的影 响 。各种结 构在 变形 过程 中往 往会受 到某种外部约 束而产生 附加 的外约束力 。当大体 积 混 凝土基础 浇灌 在坚 硬地基 或厚 大的 老混凝 土 垫层 上 时 ， 如未采取 隔离层 等放 松约束 的措施 ，在 混凝 土上 冷却 收缩 时 ，基 础受地基 约束 ，将 会在混凝 土 内部引起较 大 的拉应 力 ，造 成降温收缩裂缝 ( 外约束裂缝) 。该裂缝 常在 混凝土 浇筑 2 ～3个月或更长时间后出现 ，裂缝较 深，有时是贯穿 性的 ，这会 对工 程造成相 当大 的危 害。 ——一 外界气温变化的影 响。外 界气 温愈 高 ，混凝 土 的 浇灌温度也愈高 ，这对控 制温升是 有利 的。而外界 气温剧 降 ，则会大幅增加混凝 土表面 与内部 的温度梯 度 ，这样 就 会产生不利 因素 ，从而引发裂缝的产生 。 —— 混凝土 的收缩变形 。收缩裂缝 发生 在混凝 土硬 化 之前 ，混凝土仍处于塑性 状态 ，它 的产 生 主要是上 部混 凝 土 的均匀沉 降受到 了限制 ，如遇到钢筋或大的混凝土骨料 ， 或者平面面积较大 的混凝土 ，其水 平方 向的减缩 比垂直 方 向更难 时，这样会形成 不规则 的深裂缝 。该 裂缝 不仅 发生 在 大体积混凝土之 中 ，一般平 面尺寸较 大 、厚 度较薄 的结 2 0 1 2年第 2期 赵 丹 浅析 大体 积混凝土裂缝 的产 生与预控 6 7 构构件会 出现该裂缝 ，防止裂缝 的最好办 法是连 续浇筑 与 修整抹 面，并立 即养护 ，保护混凝土免受风吹 日晒 。 4 大体积混凝 土裂缝 的预控措施 —— 把好 材料关 ：1 )水泥 。应优 先采 用低强 度水 泥 ， 水泥含碱量应dO ． 6 ，此外 ，应进行 水化 热检验 ，7天水 化热不宜>2 5 0 k J ／ k g ；2 )骨 料 。粗 骨料 应 采取 连续 级 配 或合理的掺配 比例 ，含泥 量不 得 >1 ，泥 块含 量不 得 > 0 ． 2 5 ；细骨料选 用粗砂或 中砂 ，含泥量不得 >1 ，泥 块 含量不得>0 ． 5 i 3 )掺合料 。优先采 用磨 细 矿粉 ，因其 比粉煤灰更具耐久性 ，更有效 降低 每立方米 混凝 土 中的水 泥用量 ；4 )膨胀剂 。掺人适量膨胀剂 ，它可对混凝土起 补 偿收缩作用 ，减 少 混 凝 土 的 温度 应 力 ，但 含 碱 量 不 应 > 0 ． 7 5 ％ ；5 )外加剂 。选用低收缩率 的外 加剂 ，应 有 7 、2 8 天收缩率试验报告 ，任何 龄期混凝 土 的收缩率 均不得 大于 基准混凝土 的收缩率 ，外 加剂每立 方米混凝 土带 入碱量 不 得超过 1 k g ，选用高效的缓凝剂和减水 剂 ，减少水泥 用量 ， 推迟水化热 的峰值期 。 —— 优化混凝土配合 比：1 )现场 混凝 土坍 落度 。泵送 宜 为 8 O ～1 4 0 t a m y坍落度允许偏 差土1 5 mm，到达现场坍 落度损失不应>3 0 mm／ h ，总损 失不应 >6 0 mm；2 )尽 可 能 降低混凝 土的干缩与温差 收缩 ，由于混凝土 最高 纯热值 温 升 T ma x与每 m。 混 凝土 内的水泥用量 成线 性正 比关 系 ， 应 根据 选用 的原 材料不 同、水 泥试 验的富 余标 号不 同，进 行各种试配 ，最后确定最佳配合 比。 —— 采用合 理的浇筑 与振 捣方 案 ：1 )全面分层 。选 用 该 方法 的结 构平 面尺寸不 宜太大 ，施 工时 从短边 开始 ，沿 长边 推进。即在第 一层全 面浇 筑完毕 后 ，再 回头浇 筑第 二 层 ，此 时应使第一层混凝 土还未初凝 ，如此逐层 连续 浇筑 ， 直至完 工为止 ；2 )分段分层 。该 方法适用于单位时 间内要 求供应的混凝土较少 、结构 物厚度 不太大 、面积 或长度 较 大的工程。混凝 土浇筑时 ，先 从底 层开始 ，浇筑 至一定 距 离后浇筑第二层 ，如此依 次向前浇 筑其他 各层 。由于 总的 层数较多 ，所以浇筑到顶后 ，第 一层末 端 的混 凝 土还未 初 凝 ，又可以从第 二段 依次分层 浇筑 ；3 )斜面分层 。要求 斜 面的坡度不大 于 1 ／ 3 ，适用 于结 构 的长 度 大大 超过 厚度 3 倍的情况 。混凝 土浇筑层 下端开始 逐渐上 移 。混凝 土 的振 捣也要适用斜 面分 层浇 筑工 艺 ，一般 在 每个 斜 面层 的上 、 下各布置一台振动器 ，确保上 、下 部混凝 土 的密实 。随着 混凝 土 浇 筑 的 向 前 推 进 ，振 动 器 也 相 应 跟 上 ；4 )厚 1 ． 0 mm内混凝土宜采用平推浇筑 法 ，同一坡度 ，薄层循 序 推进依次浇筑到顶 ，厚1 ． 0 mm以上 宜分 层浇筑 ，每一 浇筑 层采用平推浇筑法 ，厚度超过2 m时，可考虑 留置水平施工 缝 ；5 )设 置后浇缝 ，当大体积混凝土平面尺寸过 大时 ，可 适 当设 置后浇缝 ，以减少外 约束力 和温度应 力 ，同时 利于 散热 ，降低混凝土 内部温度 —— 做好 混凝 土的养护工 作。为保 证新 浇混凝土 有适 宜的硬化条件 ，防止早期干 缩产生 裂缝 ，大体 积混凝 土浇 筑完毕后 ，要 加以覆盖和浇 水养护 。普 通硅 酸盐水泥 拌制 的混凝土不得少于 1 4天 ，其他 水泥不 少于 2 1天。养 护可 根据季节不同而选取不 同的方法 ，夏 季施工 时一般 可使用 草袋覆盖 、洒水 、蓄水养护 或喷刷 养生 液养护 ；冬 季施工 时 ，由于环境气温较低 ，一般 可利用保 温材 料提高 新浇筑 混凝土表面和 四周温度 ，减少混凝土的内 、外 温差 。 —— 严密监测混凝土 内部温度 。为 了掌 握大体 积混凝 土的温升和降温的变化 以及各种材 料在不 同条件 下的温度 影响 ，需要对混凝土进 行温度监测 控制 。大体积 混凝土 的 温度变化在 1 ～7 2小 时变化最大 ，此 段时 问要每 2小时 测 量一次 ，4 ～7天每 4小时测量一 次 ，其后为 8小时测量 一 次 ，整个测量过程时间不少于 2 o天 ，并作详细记 录 ，整 理 绘制温度 曲线 。测温可采用埋钢管和采用测温装置等方法 。 —— 降温措施及时有 效。经测 温如观 测到混 凝土 内部 最高温度 与外 界温度之差超 过规定极 限值 时，要 立 即采 取 降温措施 ，降低混凝 土内部温 度 ，控制混 凝土 内部裂缝 的 产生 。常见 的方法有导 温管加 冷却水循环 方法来 降低混 凝 土内部温度。 通过对 大体积混凝 土裂缝 的种类和产 生原 因进行研 究 分析 ，并 制定 有针 对性的处理 措施 ，大 体积混凝 土 的裂缝 是可以预防和控制的 。但 由于裂缝产 生 的原 因较复 杂 ，要 做到完全避免裂缝的产生 还有一定 的难度 ，还 需要进 行大 量的研究 和实 践工作 。从工程实 际出发 ，根据具体 的要 求 ， 从设 计 、施 工、材 料等各方 面综合采 取措施 ，尽量减少 裂 缝的产生和发展 ，保证 建筑 物和构件 的安全可靠 。 Cr a c k o c c u r r e n c e a nd i t s pr e v e n t i o n o f b i g— s i z e d c o nc r e t e s t r u c t u r e ZHAo Da n ( An h u i El e c t r i c Pr o j e c t S u p e r v i s i o n Co mp a n y Lt d ，To n g l i n g 2 4 4 0 0 0，Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Th e mo s t i mp o r t a n t q u a l i t y p r o b l e m o f b i g— s i z e d c o n c r e t e s t r u c t u r e i s t h e o c c u r r e n c e o f d i f f e r e n t f o r me d c r a c k s t h a t b r i n g s e v e r e h a r m t o c o n c r e t e s t r u c t u r e ． Th e r e f o r e i t i s e s s e n t i a l t o f i n d wa y t o p r e v e n t a n d c o n t r o l t h e o c c u r r e n c e o f s u c h c r a c ks ． Ke y wo r d s：b 一 s i z e d； c on c r e t e； c r a c k