大体积混凝土论文su.doc

大体积混凝土裂缝及蜂窝麻面产生的原因分析及防治摘 要 本文对大体积混凝土的施工过程进行了一次概述。着重对大体积混凝土裂缝的产生与防治；蜂窝麻面的出现与处置详细的作出了阐述。关键词： 大体积混凝土 裂缝 防裂措施 蜂窝麻面 解决方法前 言近年来，随着国民经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大，大型现代化技术设施或构筑物不断增多，而混凝土结构以其材料廉价物美、施工方便、承载力大、可装饰强的特点，日益受到人们的欢迎，于是大体积混凝土逐渐成为构成大型设施或构筑物主体的重要组成部分。所谓大体积混凝土，一般理解为尺寸较大的混凝土，美国混凝土学会给出了大体积混凝土的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。这就提出了大体积混凝土开裂的问题，开裂问题是在工程建设中带有一定普遍性的技术问题，裂缝一旦形成，特别是基础贯穿裂缝出现在重要的结构部位，危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，同时会可能危害到建筑物的安全使用。工程不仅要求混凝土工作性能好、强度指标高、耐久性好等，而且还要求混凝土结构有光洁如镜的外观，尤其是清水混凝土结构要求更为突出。所以如何采取有效措施防止大体积混凝土的开裂与保持混凝土结构表面无蜂窝麻面，是一个值得关注的问题。一、大体积混凝土裂缝产生原因及防裂措施综述1.1 大体积混凝土裂缝形成的原因裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。本文主要探讨材料型裂缝。其中具体原因如下。1.1.1 温度应力引起裂缝（温度裂缝）目前温度裂缝产生主要原因是由温差造成的。温差可分为以下三种：混凝土浇注初期，产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面温度为室外环境温度，这就形成了内外温差，这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗压强度时，就会导致混凝土裂缝；另外，在拆模前后，表面温度降低很快，造成了温度陡降，也会导致裂缝的产生；当混凝土内部达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值就是内部温差；这三种温差都会产生温度裂缝。在这三种温差中，较为主要是由水化热引起的内外温差。1.1.2 收缩引起裂缝收缩有很多种，包括干燥收缩、塑性收缩、自身收缩、碳化收缩等等。这里主要介绍干燥收缩和塑性收缩。1.1.3 塑性收缩在水泥活性大、混凝土温度较高，或在水灰比较低的条件下会加剧引起开裂。因为这时混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍微受到一点拉力，混凝土的表面就会出现分布不均匀的裂缝，出现裂缝以后，混凝土体内的水分蒸发进一步加大，于是裂缝进一步扩展。1.2 防止裂缝的措施由以上分析，材料型裂缝主要是由温差和收缩引起，所以为了防止裂缝的产生，就要最大限度的降低温差和减小混凝土的收缩，优选原材料为主要控制要点。1.2.1水泥质量控制由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，为了降低水化热，要尽量采取早期水化热低的水泥，由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数，硅酸盐水泥的矿物组成主要有：C3S、C2S、C3A和C4AF，试验表明：水泥中铝酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）含量高的，水化热较高，所以，为了减少水泥的水化热，必须降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率，试验表明比表面积每增加100cm2/g，1d的水化热增加17J/g21J/g，7d和20d均增加4J/g12J/g。1.2.2 掺加粉煤灰为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们可以把部分水泥用粉煤灰代替，掺入粉煤灰主要有以下作用：由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40%60%，三氧化二铝含量17%35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。值得一提的是：由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多，在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。1.2.3 骨料（1）粗骨尽量扩大粗骨料的粒径，因为粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就越小，水化热就随之降低，对防止裂缝的产生有利。（2）细骨料宜采用级配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热就低，裂缝就减少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗沙。1.2.4加入外加剂加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会，外加剂对混凝土收缩开裂性能有以下影响：（1）减水剂对混凝土开裂的影响减水剂的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。（2）缓凝剂对混凝土开裂的影响缓凝剂的作用一是延缓混凝土放热峰值出现的时间，由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度也增大了，从而减小裂缝出现的机率，二是改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。（3）引气剂对混凝土开裂的影响引气剂在混凝土的应用对改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在这里值得注意的是：外加剂不能掺量过大，否则会产生负面影响，在GB80761977中规定，掺有外加剂的混凝土，28d的收缩比不得大于135%，即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于35%。1.3 采用合理的施工方法1.3.1混凝土的拌制（1）在混凝土拌制过程中，要严格控制原材料计量准确，同时严格控制混凝土出机塌落度。（2）要尽量降低混凝土拌合物出机口温度，拌合物可采取以下两种降温措施：一是送冷风对拌和物进行冷却，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的温度控制在6左右。1.3.2混凝土浇注、拆模（1）混凝土浇注过程质量控制浇注过程中要进行振捣方可密实，振捣时间应均匀一致以表面泛浆为宜，间距要均匀，以振捣力波及范围重叠二分之一为宜，浇注完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。另外，-浇注混凝土要求分层浇注，分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。避免纵向施工缝、提高结构整体性和抗剪性能。（2）浇注时间控制尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇注尽量安排在夜间进行。（3）混凝土拆模时间控制混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设计强度的75%以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25以内，预计拆模后混凝土表面温降不超过9以上允许拆模。1.3.3做好表面隔热保护大体积混凝土的温度裂缝，主要是由内外温差过大引起的。混凝土浇注后，由于内部较表面散热快，会形成内外温差，表面收缩受内部约束产生拉应力，但是这种拉应力通常很小，不至于超过混凝土的抗拉强度而产生裂缝。但是如果此时受到冷空气的袭击，或者过分通风散热，使表面温度降温过大就很容易导致裂缝的产生，所以在混凝土在拆模后，特别是低温季节，在拆模后立即采取表面保护。防止表面降温过大，引起裂缝。另外，当日平均气温在23d内连续下降不小于68时，28d龄期内混凝土表面必须进行表面保护。1.3.4养护混凝土浇注完毕后，应及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿润，这样既减少外界高温倒罐，又防止干缩裂缝的发生，促进混凝土强度的稳定增长。一般在浇注完毕后1218h内立即开始养护，连续养护时间不少于28d或设计龄期。1.3.5通水冷却若是在高温季节施工，则要在初期采用通制冷水来降低混凝土最高温度峰值，但注意，通水时间不能过长，因为时间过长会造成降温幅度过大而引起较大的温度应力。为了削减内外温差，还应在夏末秋初进行中期通水冷却，中期通水一般采用河水，通水历时两个月左右。后期通水是使混凝土柱状块达到接缝灌浆的必要措施，一般采用通河水和通制冷水相结合的方案。二、大体积混凝土蜂窝麻面产生原因及处置措施综述2.1 混凝土结构表面蜂窝麻面形成的内部原因 1、混凝土含气量过大，而且引气剂质量欠佳。目前泵送混凝土用量较大，为了保证泵送混凝土的可泵性，往往在泵送混凝土中加人适量的引气剂。由于各种引气剂性能有较大的差异，因此在混凝土中呈现的状态也不尽相同，有的引气剂在混凝土中会形成较大的气泡，而且表面能较低，很容易形成联通性大气泡，如果再加上振动不合理，大气泡不能完全排出，肯定会给硬化混凝土结构表面造成蜂窝麻面。2、混凝土配合比不当，混凝土过于黏稠，振捣时气泡很难排出。由于混凝土配合比不当，例如胶结料偏多、砂率偏大、用水量太小、外加剂中有不合理的增稠组分等，都会导致新拌混凝土过于黏稠，使混凝土在搅拌时就会裹人大量气泡，即使振捣合理，气泡在黏稠的混凝土中排出也十分困难，因此导致硬化混凝土结构表面出现蜂窝麻面。3、由于混凝土和易性较差，产生离析泌水。为了防止混凝土分层，混凝土入模后不敢充分振捣，大量的气泡排不出来，也会导致硬化混凝土结构表面出现蜂窝麻面。有一些水泥厂为了增大水泥细度，提高水泥早期强度，又考虑节约电能，往往在磨粉时加人一些助磨剂，例如木钙、二乙二醇、三乙醇胺、丙二醇（l. 2）等物质，由于其中一些助磨剂有引气性，而且引入的气泡不均匀且偏大，也会给硬化混凝土结构表面造成蜂窝麻面。2.2解决混凝土内部不利因素的方法1、选择使用优质的引气剂。优质的引气剂在混凝土中引人的气袍直径宜在10200 微米，气泡表面能比较高，气泡在混凝土中分布比较均匀（平均间距不大于0. 25毫米）。笔者先后试验了11 种引气剂对混凝土含气量、抗压强度、凝结时间以及掺引气剂经时含气量损失等，认为以丹宁酸和旅烯为主要原材料的引气剂综合性能较好。 2、降低混凝土黏稠度。适当调整混凝土水灰比、砂率、胶结材料用量以及外加剂的组分，改善混凝土的黏稠性，也可以提高混凝土结构窗层的质量。3、控制新拌混凝土和易性。如果混凝土离析泌水，严格控制振捣时间，必须适时进行复振。4、如果水泥中含有引气组分，在拌制混凝土时应在其中加入消泡剂。例如加入适量的磷酸三丁脂、有机硅消泡剂、聚醚类消泡剂以及表面张力低于 30 达因/厘米的许多助剂，都可以消除其中的气泡。2.3 混凝土结构表面蜂窝麻面形成的外部原因 1、在混凝土泵送技术规程中规定“混凝土浇注分层厚度，宜为300500 毫米”，但是在实际施工时，往往浇注厚度都偏高，由于气泡行程过长，即使振捣时间达到规程要求，气泡也不能完全排出，这样也会给硬化混凝土结构表面造成蜂窝麻面。 2、不合理使用脱模剂是造成硬化混凝土结构表面蜂窝麻面的主要原因。目前脱模剂市场比较混乱，良莠不齐，产品大致分以下几大类：矿物油类、乳化油类、水质类、聚合物类和溶剂类等。 3、就矿物油类脱模剂而言，不同标号的机油黏度也不尽相同，即使是同标号的机油，由于环境温度不同，黏度也不相同，气温高时黏度低，气温低时黏度高。当气温较低时，附着在模板上的机油较黏，新拌混凝土结构面层的气泡一旦接触到黏稠的机油，即使合理振捣气泡也很难沿模板上升排出，直接导致混凝土结构表面出现蜂窝麻面。有一些单位充分注意到这一点，在机油中加入部分柴油，用来降低脱模剂的黏度，这样做能起到一定作用，但是仍不能取得令人满意的效果。 4、水乳类脱模剂目前在市场上比较多，但是有一些产品选用的乳化剂引气性较大，也会给混凝土结构面层造成蜂窝麻面。 5、动植物油进行脂化的舰模剂出现的问题较多，其原因是产品中含有引气性比较大的乳化剂及增稠剂，会给混凝土结构面层带来极大的影响。模板材质不同也会使混凝土结构面层出现不同的状态。溶液和各种固体接触后都会形成不同的接触角，水泥浆体也不例外，接触角越小液体在固体上附着力越强（用余弦定理可以解释）。在日常生活中常用的“不粘锅”其面层就涂了聚四氟乙烯（商品名称叫特夫隆），在生产实践中大家都知道在其他条件相同的前提下，使用尿醛树脂压制的竹或木模板成型的混凝土面层质量比用铁模板成型的混凝土面层质量有明显的提高。 6、环境温度对混凝土结构面层的质量也有影响。由于气泡内部含有气体，因此气泡休积变化对环境温度特别敏感，环境温度高时气泡休积变大，气泡承载力变小，容易破灭。环境温度低时气泡体积变小，承载力较大，不容易形成联通气饱。即使混凝土结构面层有气泡，气泡也很小，对混凝土结构外观影响不大，由此使人们联想到冬、夏季混凝土结构面层好于春、秋季。 7、春、秋季节昼夜温差较大，因此附着在混凝土结构表面的气泡体积变化也很大，当混凝土面层水泥浆体的强度小于气泡强度时，气泡体积随环境温度变化而变化，气泡周围的水泥浆体也随之变化，随着时间的推移水泥浆体的强度不断增加，当气泡周围水泥浆体达到一定强度时，再不随气泡体积变化而变化，如果此时正赶上气泡直径最大时，势必给混凝土面层留下孔洞。2.4 解决混凝土外部不利因素的方法 1、严格按混凝土泵送施工技术规程 中的规定执行，每层混凝土浇注厚度不应大于 50 厘米。 2、选择使用优质的脱模剂。 3、在有条件的情况下应优先选用尿醛树脂压制的竹、木模板进行成型。 4、复振是消除混凝土结构面层蜂窝麻面最有效的方法之一。笔者曾在北京某工地发现 6 个混凝土桥礅表面下部平整光洁，越往上气泡越多，最上层气泡最多，一个桥礅用同一批混凝土，甚至用同一车混凝土，而且上下模板相同，结果呈现不同的状态。查其原因主要是振捣第二层混凝土时不自觉地又振捣了第一层，振捣第三层时不自觉地又振捣了第二层和第一层，按此作法桥礅下部的混凝土等于多次受振捣，因次外观平整光洁，越往上相对振捣次数逐渐减少，因此整个桥墩面层由下到上气泡逐渐增多。尽管在混凝土泵送技术规程中明确规定：间隔 20 30 分再复振一次，春、秋季节进行混凝土施工时尤其重要。据笔者长期在施工现场观察，实际这样操作的单位凤毛麟角，应引起施工管理人员高度重视。 5、合理使用消泡剂。消泡包括两方面的含义，一是“抑泡”，即防止气泡或泡沫的产生；二是“破泡” , 即是将已产生的气饱（或泡沫）消除掉。消泡剂除了发泡体系的特殊要求外，还具备消泡力强，用量少；加到起泡体系中不影响体系的基本性质；化学性稳定，耐氧化性强；在起泡性溶液中的溶解性好；无生理活性，安全性高等特性。另外使用效果与消泡剂的品种、掺量有很大关系，往往选择不当或掺加量不合适都不会达到预期效果。一般外加剂中都含有减水剂，目前使用的减水剂大多数为阴离子型表面活性剂。当外加剂加人到混凝土中后，使混凝土中拌合用水的表面张力不同程度地下降，埋伏下了起泡的因素，在混凝土搅拌或制作过程中会产生不必要的气泡，国外发达国家很早就发现了这个问题，他们在许多外加剂中都掺人了适量的消泡剂，用来消除有害的大气泡。目前国内在混凝土外加剂中掺加消泡剂的产品比较少，尚未引起外加剂厂家（尤其是复配外加剂厂家）的足够重视。结束语以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践的初步探讨，虽然现在对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一。同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较􀇶出现问题后多分析、多总结结合多种预防处理措施混凝土的裂缝是完全可以避免的。附 录参考文献1龚召熊：水工混凝土的温控与防裂.北京：中国水利水电出版社，19992戴镇潮：大体积混凝土的防裂.混凝土，2001，3覃维祖：混凝土的收缩、开裂及其评价与防治.混凝土，20014迟陪云：大体积混凝土开裂的起因及防裂措施.混凝土，2001，5康方中：浅谈现浇商品混凝土楼板变形裂缝的成因和防治.混凝土，2003，6段峥：现浇大体积混凝土裂缝的成因与防治.混凝土，2003，7尤启俊：外加剂对混凝土收缩抗裂性能的影响.混凝土,2004，