论文部分内容阅读
摘要:随着现代建筑的高速发展,大体积混凝土在现在建筑工程的应用越来越普遍,大体积混凝土裂缝控制也是越来越重要。本文重点讨论大体积混凝土温度裂缝控制的技术措施。
关键词:大体积混凝土 温度裂缝 水化热 控制措施
中图分类号：TU37文献标识码： A
大体积混凝土是指结构端面最小尺寸在80cm以上,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25℃的混凝土。由于大体积混凝土在连续浇筑和硬化过程中,水泥水化反应产生大量的水化热,由于混凝土热阻很大,热量聚集在内部不易散发,而表面散热较快,这样在混凝土内部和外部形成较大温差。混凝上内表温差、升降温变化加上环境因素的影响,导致不均匀温度变形和温度应力,一旦拉应力超过混凝土的抗拉能力就会在混凝土内部或表面产生裂缝。这种温度变形裂缝就是大体积混凝土的温度裂缝。也是混凝土早期开裂的主要原因之一,往往是贯穿性的有害裂缝,对结构的抗渗性、整体性、耐久性甚至承载能力十分不利。
一 温度裂缝产生的主要原因
1.1 由于大型尺寸的构筑物断面较厚，表面系数相对较小，当混凝土结构硬化时，水泥在水化过程中释放出大量的水化热，这些热量在结构内部不易散发，致使内部温度不断上升，而此时与空气接触的外层混凝土散热较快，这样形成较大的内外温差，内部升温产生压应力，外表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现温度裂缝。
1.2在混凝土凝结过程，随着水泥水化反应的结束，以及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段，混凝土体积开始收缩，降温阶段混凝土温度的分布仍旧是中心温度高，表面温度低，致使混凝土中心部分与表面部分的冷却程度差异加大，收缩变形随之加大，若大体积混凝土浇筑在约束地基上，结构的外部约束和混凝土各质点间的约束阻止混凝土收缩变形，接触处将产生很大的拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，与约束接触处会产生裂缝，这种裂缝可能会贯穿整个混凝土块体，甚至会破坏结构的整体性和稳定性。
1.3 施工期间外界气温的突变也是引起混凝土结构产生温度裂缝的常见原因。气温陡降会导致混凝土表面温度突然下降，短时间内产生很大的温度应力，应力松弛影响较小，极易形成大体积混凝土的开裂。
二 温度裂缝的防治措施
1.
大体积混凝土结构在降温阶段,由于降温和水分蒸发等原因产生收缩,再加上存在外界约束不能自由变形而产生温度应力。应该从以下几个方面采取措施控制混凝土温度升高。
(1)选择用中底热的水泥品种。
混凝土升温的热源是水泥的水化热,选用中底热的水泥品种,可减少水化热,减少混凝土温升因此,施工大体积混凝土结构用32.5的矿渣硅酸盐水泥。如42.5号矿渣硅酸盐水泥其3d的水化热为180KJ/Kg,而42.5号普通硅酸盐水泥则为250 KJ/Kg,水化热量减少28%。
(2)利用混凝土的后期强度
试验数据证明,每立方米的混凝土水泥用量,每增减10 Kg,水泥水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。为了控制混凝土温升,降低温度应力,减少产生温度裂缝的可能性,可以根据实际承受荷载情况,对结构的刚度和强度进行复核并取得设计和质量检查部门的认可后,可采用f45 来代替f28 作为混凝土的设计强度。这样每立方米混凝土可减少水泥用量40―70Kg/m3左右,混凝土的水化热温升相应减少4―7℃。
(3)搀加减水剂木质素磺酸钙
木质素磺酸钙属于阴离子表面活性剂,对水泥颗粒有明显的分散效应,并能使水表面的张力降低而引起加气作用。因此在混凝土中掺入水泥重量0.25%的木质素磺酸钙减剂,可以改善混凝土和易性,同时减少了10%左右的拌合水,节约水泥10%左右,降低水化热。
(4)搀加粉煤灰外掺料
实验资料表明,在混凝土内掺入一定数量的粉煤灰,由于粉煤灰具有一定活性,不但可代替部分水泥,而且粉煤灰颗粒呈球形,具有“滚珠效应”而起润滑作用,能改善混凝土的粘塑性,并且可增加泵送混凝土要求的0.315mm以下细粒的含量,改善混凝土可泵性,降低混凝土的水化热。
(5)粗骨料选择
粗骨料以采取中、粗砂为宜。根据有关试验资料表明,当采用细度模数为2.79、平均粒径为0.38的中、粗砂,它比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336的细砂,每一立方米混凝土可减少用水量20―25Kg,水泥用量可相应减少28―35 Kg。这样就降低了混凝土的温升和减小了混凝土的收缩。
2、延缓混凝土降温速率
大体积混凝土浇筑后,为了减少升温阶段内外温差,防止混凝土表面裂缝,给予适当的潮湿养护条件,防止混凝土表面脱水产生干缩裂缝;使水泥顺利进行水化,提高混凝土的极限拉伸值,以及使混凝土的水化热降温速率延缓,减少结构计算温差,防止产生过大的温度应力和温度裂缝,可对混凝土进行保湿和保温养护。
再基础大体积混凝土结构拆模后,宜尽快进行回天,用土体保温以免气温突变时产生有害影响,也可延缓降温速率,避免产生裂缝。
3、减少混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸值
通过改善混凝土配合比和施工工艺,可以在一定程度上减少混凝土的收缩和提高混凝土的极限拉伸值 ,这样对防止产生温度裂缝有一定作用。
为了提高混凝土质量,可采用二次投料的砂浆或者净浆裹石搅拌新工艺。这样可有效防止水分向石子与水泥砂浆界面的集中,是硬化后的界面过渡层的结构致密,粘结加强,从而可使混凝土强度提高10%左右,也提高了混凝土的抗拉强度和极限拉伸值
4、改善边界约束和构造设计
在这方面可采取下述措施:
(1)设置滑动层
由于边界存在约束会产生温度应力,如在与约束的接触面上全部设置滑动层,则可以大大减少约束。如果在外约束的两端各1/4―1/5的范围内设置滑动层,结构的计算长度可折减一半。
滑动层的作法有:涂刷两道热沥青加铺油毡一层; 铺设10―20mm厚沥青砂;铺设50mm厚砂或者石屑层等。
(2)避免应力集中
在孔洞周围、变段面转角部位、转角处等由于温度变化和混凝土收缩,会产生应力集中而导致裂缝。为此应该在孔洞周围增加配置斜向钢筋、钢筋网片;在變段面处避免断面突变,可作局部处理使断面逐渐过渡,同时增加抗裂钢筋,这对于防止裂缝是有益的。
(3)设置缓冲层
在高、低底版交接处、底版地梁处等,用30―50mm厚聚苯泡沫塑料作垂直隔离,以缓冲基础收缩时的侧向压力。
(4)合理配筋
在设计结构方面还应该重视合理配筋对混凝土结构抗列的有益作用。实践证明全截面配筋率控制在0.3%―0.5%之间为好。对于大体积混凝土,构造钢筋对于控制贯穿性裂缝的作用较小。但是沿混凝土表面配置钢筋可提高面层抗表面降温的影响和干缩。
(5)施工工艺控制
混凝土浇筑采用分层分段浇注,分层浇注厚度控制在400~500mm,以便混凝土水化热迅速散发,减小收缩和温度应力。分层应控制好时间,在下层混凝土初凝前必须将上层混凝土浇筑完毕。在混凝土浇注过程中,应防止混凝土离析,混凝土由料斗、泵管内卸出时,其自由倾浇高度不应超过2m,如超过则宜采用串筒或斜槽下落,出料管口至浇筑层的倾斜自由高度不应大于1.5m,混凝土浇筑时不应直接冲击模板。插入式振捣棒要快插慢拔,插点呈梅花形布置,不应遗漏、过振。振捣棒移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍,振捣时间以混凝土表面出现浮浆及不出现气泡、下沉为宜,振捣上一层时插入下一层混凝土5cm以消除两层间的接缝。此外,由于大体积混凝土浇注时长容易出现泌水现象,导致混凝土表面水泥砂浆层过厚,使混凝土因强度不均产生收缩裂缝,因此混凝土泌水时应及时处理。
5、施工测温
为了进一步摸清大体积混凝土水化热的多少,不同深度处温度场升降的变化规律,随时监测混凝土内部温度情况,以便于有的防失地采取相应技术措施保证工程、质量,可在混凝土内部不同不位埋设铜热传感器,用混凝土温度测定记录仪,进行施工全过程的跟踪和监测。
记录仪可自动记录各个测点的温度,能够及时绘制出温度变化曲线,这样在施工过程中,对大体积混凝土内部各部位的温度变化可跟踪监测、做到信息化施工,从而可以确保工程质量。
结束语：
本文主要对大体积混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨,实践证明,在充分了解大体积混凝土裂缝产生的基础上,从原材料、设计、施工等方面加强控制,采取科学、合理和切实有效的防治措施,才能最大限度地预防和控制大体积混凝土裂缝的产生,进而保证混凝土结构的安全性和耐久性。
参考文献：
[1] 建筑施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[2] 混凝土工程施工技术与质量控制[M].中国建材工业出版社,2003.
关键词:大体积混凝土 温度裂缝 水化热 控制措施
中图分类号：TU37文献标识码： A
大体积混凝土是指结构端面最小尺寸在80cm以上,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25℃的混凝土。由于大体积混凝土在连续浇筑和硬化过程中,水泥水化反应产生大量的水化热,由于混凝土热阻很大,热量聚集在内部不易散发,而表面散热较快,这样在混凝土内部和外部形成较大温差。混凝上内表温差、升降温变化加上环境因素的影响,导致不均匀温度变形和温度应力,一旦拉应力超过混凝土的抗拉能力就会在混凝土内部或表面产生裂缝。这种温度变形裂缝就是大体积混凝土的温度裂缝。也是混凝土早期开裂的主要原因之一,往往是贯穿性的有害裂缝,对结构的抗渗性、整体性、耐久性甚至承载能力十分不利。
一 温度裂缝产生的主要原因
1.1 由于大型尺寸的构筑物断面较厚，表面系数相对较小，当混凝土结构硬化时，水泥在水化过程中释放出大量的水化热，这些热量在结构内部不易散发，致使内部温度不断上升，而此时与空气接触的外层混凝土散热较快，这样形成较大的内外温差，内部升温产生压应力，外表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现温度裂缝。
1.2在混凝土凝结过程，随着水泥水化反应的结束，以及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段，混凝土体积开始收缩，降温阶段混凝土温度的分布仍旧是中心温度高，表面温度低，致使混凝土中心部分与表面部分的冷却程度差异加大，收缩变形随之加大，若大体积混凝土浇筑在约束地基上，结构的外部约束和混凝土各质点间的约束阻止混凝土收缩变形，接触处将产生很大的拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，与约束接触处会产生裂缝，这种裂缝可能会贯穿整个混凝土块体，甚至会破坏结构的整体性和稳定性。
1.3 施工期间外界气温的突变也是引起混凝土结构产生温度裂缝的常见原因。气温陡降会导致混凝土表面温度突然下降，短时间内产生很大的温度应力，应力松弛影响较小，极易形成大体积混凝土的开裂。
二 温度裂缝的防治措施
1.
大体积混凝土结构在降温阶段,由于降温和水分蒸发等原因产生收缩,再加上存在外界约束不能自由变形而产生温度应力。应该从以下几个方面采取措施控制混凝土温度升高。
(1)选择用中底热的水泥品种。
混凝土升温的热源是水泥的水化热,选用中底热的水泥品种,可减少水化热,减少混凝土温升因此,施工大体积混凝土结构用32.5的矿渣硅酸盐水泥。如42.5号矿渣硅酸盐水泥其3d的水化热为180KJ/Kg,而42.5号普通硅酸盐水泥则为250 KJ/Kg,水化热量减少28%。
(2)利用混凝土的后期强度
试验数据证明,每立方米的混凝土水泥用量,每增减10 Kg,水泥水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。为了控制混凝土温升,降低温度应力,减少产生温度裂缝的可能性,可以根据实际承受荷载情况,对结构的刚度和强度进行复核并取得设计和质量检查部门的认可后,可采用f45 来代替f28 作为混凝土的设计强度。这样每立方米混凝土可减少水泥用量40―70Kg/m3左右,混凝土的水化热温升相应减少4―7℃。
(3)搀加减水剂木质素磺酸钙
木质素磺酸钙属于阴离子表面活性剂,对水泥颗粒有明显的分散效应,并能使水表面的张力降低而引起加气作用。因此在混凝土中掺入水泥重量0.25%的木质素磺酸钙减剂,可以改善混凝土和易性,同时减少了10%左右的拌合水,节约水泥10%左右,降低水化热。
(4)搀加粉煤灰外掺料
实验资料表明,在混凝土内掺入一定数量的粉煤灰,由于粉煤灰具有一定活性,不但可代替部分水泥,而且粉煤灰颗粒呈球形,具有“滚珠效应”而起润滑作用,能改善混凝土的粘塑性,并且可增加泵送混凝土要求的0.315mm以下细粒的含量,改善混凝土可泵性,降低混凝土的水化热。
(5)粗骨料选择
粗骨料以采取中、粗砂为宜。根据有关试验资料表明,当采用细度模数为2.79、平均粒径为0.38的中、粗砂,它比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336的细砂,每一立方米混凝土可减少用水量20―25Kg,水泥用量可相应减少28―35 Kg。这样就降低了混凝土的温升和减小了混凝土的收缩。
2、延缓混凝土降温速率
大体积混凝土浇筑后,为了减少升温阶段内外温差,防止混凝土表面裂缝,给予适当的潮湿养护条件,防止混凝土表面脱水产生干缩裂缝;使水泥顺利进行水化,提高混凝土的极限拉伸值,以及使混凝土的水化热降温速率延缓,减少结构计算温差,防止产生过大的温度应力和温度裂缝,可对混凝土进行保湿和保温养护。
再基础大体积混凝土结构拆模后,宜尽快进行回天,用土体保温以免气温突变时产生有害影响,也可延缓降温速率,避免产生裂缝。
3、减少混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸值
通过改善混凝土配合比和施工工艺,可以在一定程度上减少混凝土的收缩和提高混凝土的极限拉伸值 ,这样对防止产生温度裂缝有一定作用。
为了提高混凝土质量,可采用二次投料的砂浆或者净浆裹石搅拌新工艺。这样可有效防止水分向石子与水泥砂浆界面的集中,是硬化后的界面过渡层的结构致密,粘结加强,从而可使混凝土强度提高10%左右,也提高了混凝土的抗拉强度和极限拉伸值
4、改善边界约束和构造设计
在这方面可采取下述措施:
(1)设置滑动层
由于边界存在约束会产生温度应力,如在与约束的接触面上全部设置滑动层,则可以大大减少约束。如果在外约束的两端各1/4―1/5的范围内设置滑动层,结构的计算长度可折减一半。
滑动层的作法有:涂刷两道热沥青加铺油毡一层; 铺设10―20mm厚沥青砂;铺设50mm厚砂或者石屑层等。
(2)避免应力集中
在孔洞周围、变段面转角部位、转角处等由于温度变化和混凝土收缩,会产生应力集中而导致裂缝。为此应该在孔洞周围增加配置斜向钢筋、钢筋网片;在變段面处避免断面突变,可作局部处理使断面逐渐过渡,同时增加抗裂钢筋,这对于防止裂缝是有益的。
(3)设置缓冲层
在高、低底版交接处、底版地梁处等,用30―50mm厚聚苯泡沫塑料作垂直隔离,以缓冲基础收缩时的侧向压力。
(4)合理配筋
在设计结构方面还应该重视合理配筋对混凝土结构抗列的有益作用。实践证明全截面配筋率控制在0.3%―0.5%之间为好。对于大体积混凝土,构造钢筋对于控制贯穿性裂缝的作用较小。但是沿混凝土表面配置钢筋可提高面层抗表面降温的影响和干缩。
(5)施工工艺控制
混凝土浇筑采用分层分段浇注,分层浇注厚度控制在400~500mm,以便混凝土水化热迅速散发,减小收缩和温度应力。分层应控制好时间,在下层混凝土初凝前必须将上层混凝土浇筑完毕。在混凝土浇注过程中,应防止混凝土离析,混凝土由料斗、泵管内卸出时,其自由倾浇高度不应超过2m,如超过则宜采用串筒或斜槽下落,出料管口至浇筑层的倾斜自由高度不应大于1.5m,混凝土浇筑时不应直接冲击模板。插入式振捣棒要快插慢拔,插点呈梅花形布置,不应遗漏、过振。振捣棒移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍,振捣时间以混凝土表面出现浮浆及不出现气泡、下沉为宜,振捣上一层时插入下一层混凝土5cm以消除两层间的接缝。此外,由于大体积混凝土浇注时长容易出现泌水现象,导致混凝土表面水泥砂浆层过厚,使混凝土因强度不均产生收缩裂缝,因此混凝土泌水时应及时处理。
5、施工测温
为了进一步摸清大体积混凝土水化热的多少,不同深度处温度场升降的变化规律,随时监测混凝土内部温度情况,以便于有的防失地采取相应技术措施保证工程、质量,可在混凝土内部不同不位埋设铜热传感器,用混凝土温度测定记录仪,进行施工全过程的跟踪和监测。
记录仪可自动记录各个测点的温度,能够及时绘制出温度变化曲线,这样在施工过程中,对大体积混凝土内部各部位的温度变化可跟踪监测、做到信息化施工,从而可以确保工程质量。
结束语：
本文主要对大体积混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨,实践证明,在充分了解大体积混凝土裂缝产生的基础上,从原材料、设计、施工等方面加强控制,采取科学、合理和切实有效的防治措施,才能最大限度地预防和控制大体积混凝土裂缝的产生,进而保证混凝土结构的安全性和耐久性。
参考文献：
[1] 建筑施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[2] 混凝土工程施工技术与质量控制[M].中国建材工业出版社,2003.