土木工程中大体积混凝土结构施工技术分析

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  摘要:随着建筑工程规模不断扩大和功能的多样化,大体积混凝土结构施工技术在建筑领域中的应用越来越广泛。由于大体积混凝土结构承受的荷载比较大,易出现水化热现象而导致裂缝,因而结构整体性要求高、技术性高,施工中要严格控制施工技术,以防止裂缝出现。下面本文就大体积混凝土出现裂缝问题的主要原因进行了分析,并提出了土木工程中大体积混凝土结构施工技术措施。
  关键词:土木工程;大体积混凝土;结构施工技术
   中图分类号:TU74 文献标识码:A
  引言
  混凝土作为土木工程中比较常见的施工材料,发挥着重要的作用,其中大体积混凝土结构的施工质量直接影响到整体建筑的质量。在土木工程中,对混凝土的施工技术进行监督,保证混凝土的质量,不仅可以降低施工成本,同时还对整体建筑质量有所保障。
  一、大体积混凝土出现裂缝问题的主要原因
  1、水泥水化热因素
  水泥在水化过程中必然要释放出一定的热量。由于大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,导致水泥释放的热量不易扩散而聚集在结构内部,以致于大体积混凝土结构内部的温度越来越高,与外界形成较大的温差,因此出现裂缝问题。
  2、外界温度变化因素
  大体积混凝土在土木工程施工过程中,它的浇筑温度随着外界温度的变化而变化。每当气温骤降的情况下,都会增加混凝土内、外部的温差,形成温度应力。温差越大,温度应力越大,产生裂缝的可能性就越大。其实,温度应力与水泥水化热因素有着共同点,就是造成裂缝的主要因素都归结于温差。
  3、混凝土自缩因素
  3.1 水泥因素
  混凝土材料的关键是水泥,但是不同的水泥有着不同的特性,每一种都是有自己的使用性能的,他们各自的自缩能力也是不一样的,一般来说铝酸盐水泥、早强水泥的自缩值偏大,中热、低热水泥的自缩值较小,矿渣水泥到了使用后期时的自缩值才会增大。再加上不同水泥的细度是可以影响到其的自缩值的,倘若使用的水泥细度太细,这样是会导致其早期的自缩速度更大的。
  3.2 外加剂因素
  掺加高效减水剂来增大流动度时,高效减水剂可稍微降低自缩值, 但不同类型、不同掺加量的高效减水剂对自缩的作用差别很小。减水剂可减小自缩值 50%,这可能与减水剂可减小毛细水的表面张力有关。膨胀剂对自缩的作用取决于它的种类,某些氧化钙型的膨胀剂可以减小自缩;而其他类型的膨胀剂虽在早期有膨胀,但随后的收缩速度对混凝土的自缩没有影响。
  3.3 矿物掺合料因素
  在水泥中加入比表面积在 400㎡/kg 以上的矿渣时,其 120d 的自缩值随矿渣的掺量增大而增大; 而在水泥中加入比表面积为 338㎡/kg 的矿渣时,其 120d 的自缩值不随矿渣的掺量改变而增大。在水泥中掺加硅灰将使混凝土的自缩值增大;硅灰的掺量越大,水泥浆自缩值越大。混凝土的自缩值随粉煤灰掺量的增大而降低,特别是早期自缩值降低得非常明显。3d 龄期后掺加粉煤灰混凝土的自缩增长速度高于空白混凝土.粉煤灰掺量超过 20%后, 减小自缩的效果并不显著.在水泥中加入偏高岭土,在偏高岭土(比表面积为 12㎡/g)含量为 10%时,水泥浆(水胶比为 0.55)的自缩值最大。
  在水泥中加入经过防水处理的粉末,可以减少自缩。经过防水处理的偏高岭土对自缩的减小作用在后期消失了;而经过防水处理的硅质粉末对自缩的减小作用能保持很长时间, 其取代量为 10%时就对自缩有明显的减小作用。
  3.4 其他因素对自缩的影响
  通常而言,水泥的自缩是受到温度的影响的,它是会随着温度而变化的,尤其是当温度达到15-40℃以后,这对于水泥搅拌体的自缩值、自缩速度的影响更大。而当水灰比减少的时候,混凝土的自缩值和自缩速度会显著增大。对于混凝土结构的养护是最重要的,如果不能及时的对其进行养护,就会因为外面的环境等因素影响其本身不同的自缩。同时骨料多少的占有量对于混凝土自缩也是有着不可忽视的作用,如果骨料占有量增加,混凝土的自缩值就会减小。那么不同骨料的使用自然也是会对混凝土的自缩有着不同的作用,对于人工的那些骨料混凝土其自缩值明显是比常规的要小的,而且轻骨料混凝土的自缩值会因随着轻骨料的含水率和干密度变大而减小。6%体积分量的钢纤维添加到混凝土,能使得自缩值减小20%。
  4、结构材料不达标
  根据相关建筑工程行业规定和标准分析,在目前多数建筑工程项目中,大体积混凝土原材料还不能够达到相关的质量要求。为了提高工程建筑的质量,在工程项目施工中,混凝土材料必须要能够达到设计标准,同时在施工的过程中要确保砂石骨料的选择具有一定的含水量,并且要定期进行含水量的监测,从而保证混凝土强度能够满足目前的施工要求。
  二、土木工程中大体积混凝土结构施工技术措施
  1、水泥的选择与控制
  在大体积混凝土的施工过程中,对水泥的选择十分重要。不同品牌、不同类型的水泥内部组织各不相同,因此配置混凝土的性能也不尽相同,一般大体积混凝土工程在浇筑初期发生开裂的最重要原因就是由于混凝土内部温度升高与收缩而造成的。通过对大体积混凝土的選材及配合比的控制,在大体积混凝土结构中加入外加剂,尽量减少水泥和水的用量,以减少水化热现象引起的收缩变形。普通的硅酸盐水泥虽然其早期的强度高但是水化热反应大;矿渣水泥相比普通水泥的热度低,但是它的干缩和渗水现象严重,而且后期会产生硬度收缩;火山灰水泥在后期的收缩程度较大,而且经济代价较大。通过平衡选择,一般情况下,粉煤灰水泥可降低裂缝出现的频率,同时添加LN-800N 与膨胀剂HEA,在一定程度上降低了水灰比以及水灰量,有效控制了水化热现象,同时对大体积混凝土起到补偿收缩的目的,有效防控了裂缝的产生,提高工程质量。
  2、混凝土的浇筑与振捣
  根据施工的具体情况及温度应力,可确定应选择整体浇筑还是分段浇筑。在浇筑过程中,遵循“分区定点、循序渐进、一个坡度、一次到顶”原则,根据混凝土泵形成的坡度,在上层和下层分别布置两道振捣点:第一道位于混凝土的卸点,解决上部振实;第二道位于混凝土的坡脚处,解决下部混凝土密实问题。在浇筑过程中,应选择一个部位进行,直到符合设计的标高,混凝土形成扇形流动趋势,再在坡面实现连续浇筑。当混凝土分段浇筑结束后,可以在混凝土的初凝阶段实现二次振捣或者表面挤压,排除表面积水,并用木拍反复挤压密实,防止产生表面裂缝,提高大体积混凝土的防水性能与表面观感。一般大体积混凝土浇筑可选择夜间进行,这样可减少新旧混凝土的温度差距,减少冷缩变形产生的裂缝。
  3、改善混凝土的强度,降低混凝土收缩程度
  改善混凝土强度,减低混凝土收缩程度可以从改善配合比和施工两个角度加以解决。在混凝土调配比例方面,在保持泵送所需要的流动性的前提下,合理减低水泥用量。泵送混凝土宜掺适量粉煤灰, 坍落度在满足泵送的条件下尽量选小值, 以减少收缩变形。在施工方面,采用全断面分层、自然分层或阶梯分层等连续浇灌的方法,在混凝土终凝后及时快速的对表层进行碎石覆盖处理,进行人工二次抹压收面,从而减少收缩裂缝的出现。
  4、合理选用和使用混凝土膨胀剂控制混凝土裂缩
  掺膨胀剂的混凝土,水化时需水量大,比普通混凝土更要加强养护,使其表面始终处于潮湿条件,只有在充足水分下膨胀剂才能充分发挥作用。即使混凝土强度已达拆模条件,也必须保水养护足够时间,在终凝后2 h即可开始浇水养护。混凝土的膨胀值一般要14 d才基本稳定。夏季施工时,由于混凝土表面水分蒸發量大,且混凝土内部水化热高,为保证大体积混凝土内部膨胀所需的水分,及保证混凝土内外温差小于25℃,可在混凝土表面采用蓄水养护。冬季施工时,由于不能浇水养护,混凝土表面必须用塑料薄膜和保温材料覆盖严密,利用混凝土原有水分进行养护,必要时可浇热水。这样通过混凝土中掺入膨胀剂以及加强后期的养护工作充分发挥膨胀剂的作用,控制混凝土裂缩。
  5、合理选择混凝土材料
  5.1 水泥
  首先应优先使用低热和中低热、综合性能好的普通硅酸盐水泥;如混凝土中掺入外加剂如高效减水剂以控制单位用水量,或优质掺合料替换部分水泥用量,在保证同基准混凝土工作性强度的前提下,较高幅度地降低水泥用量,达到降低水化热和混凝土收缩作用的目标。
  5.2 骨料
  其中砂石的含泥量对于混凝土抗拉强度具有较强的影响,控制失当可能导致结构严重开裂,因此砂的含泥量应≤2%,石的含泥量应≤1%;掺加≤混凝土体积25%的粗骨料,将块石最大粒径限制在150~250mm范围内,不仅可相应降低用水量、泌水量与混凝土收缩作用,也能通过减少水泥用量达到减少水泥水化热的作用,且石块本身具有较高的吸收发热量的功能,可以有效地控制混凝土的温升。 5.3 矿物掺和料
  粉煤灰、矿渣、硅灰等矿物掺和料的加入能够很好地降低胶结材料的水化热,其中,粉煤灰具有火山灰活性,对于降低混凝土浇注初期的水化热,减少干缩,改善混凝土的和易性、抗渗性能和耐久性指标均具有明显意义,工程应用广泛。但由于粉煤灰的二次水化反应往往会在混凝土浇筑14天后发生,且混凝土中水泥浓度降低,都必然导致混凝土早期强度偏低,使混凝土粘结时间延长。因此,粉煤灰掺量的控制必须严格遵循相关的技术指标要求,并通过减水剂与改性剂双掺的方法予以解决。
  6、提高施工工艺的要求,采用二次抹压技术及相应的养护措施
  加强养护工作,浇筑完成之后要尽早委派专门的施工人员负责养护,确保混凝土始终处于湿润的状态,以免出现内外温度和水分不匀而引起的裂缝。此外还要加强保温,降低混凝土表面的热扩散,减少混凝土表层和内部温差,防止表面出现裂缝。通常情况下,混凝土在浇筑完毕后12小时内实施洒水养护,对于混凝土的养护要有连续性,对混凝土的养护时间最好在15天左右为宜。
  7、大体积混凝土的养护
  养护在大体积混凝土的施工中具有十分关键的作用。养护的目标在于保持恰当的湿度与温度,以较好控制混凝土的内外温差,保证混凝土强度的正常发展,避免产生裂缝。在大体积混凝土养护过程中,应注意保湿、保温并徐缓降温。另外,大体积混凝土的夏季施工应采用蓄水或者流水保护,冬季施工则使用麻袋覆盖,侧面使用碘钨灯照射养护。在不同情况下,混凝土的养护时间略有不同:采用普通硅酸盐水泥或者矿渣硅酸盐水泥搅拌的混凝土,不得少于一周;对掺入缓凝型外加剂或者具备抗渗要求的混凝土,不能少于两周。应定期测量混凝土的表面与内部温度,以便及时调整养护方案。根据大量的实践经验表明,大体积混凝土的温差变化在72小时内的波动性最大,因此在72小时内应采取现场值班、不间断测量等方式,在测试中,要求记录混凝土的入模温度、测温时间、保温材料的覆盖状况、浇水养护时间、恢复保温时间以及特殊天气情况等。
  结束语
  在土木工程中,大体积混凝土结构施工技术涉及的方面比较广泛,也是一项保障施工质量的综合的措施。大体积混凝土施工的关键性质量问题在于裂缝,想要保障土木工程中大体积混凝土结构施工的质量,就要对裂缝进行分析、研究,防止裂缝的发生。所以,施工单位要注意每一项施工的技术,最大程度的避免裂缝的出现,为工程施工带来良好的开端。
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