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摘要浇筑之后的大体积混凝土在硬化期间,水泥水化过程释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩将导致混凝土结构出现有害裂缝。采取合理措施降低水化热,控制内外温差并防止过大干缩是混凝土施工和质量控制工作的重点。分别从设计措施、材料措施、施工措施、温控措施绍大体积混凝土裂纹控制的方法。
关键词大体积混凝土;裂缝控制;水化热
中图分类号TU755文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0120-01
大体积混凝土承受的荷载较大,整体性要求高,往往不允许留施工缝,要求一次浇筑完毕。由于体积大,内部聚集的温度不易散失,易产生裂缝。大体积混凝土施工中常见的问是如何控制混凝土温度变形裂缝,从而提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀性能,以及建筑结构的耐久年限。
1施工要求
1.1混凝土配合比设计要求
大体积混凝土配合比设计的基本要求是在保证混凝土的工作性能和力学性能的基础上大幅降低水化热。所以要求大体积混凝土的配合比设计时应提高掺合料和骨料的含量,以降低每立方米混凝土的水泥用量,并在配合比确定后进行水化热的验算或测定。
1.2材料要求
1)水泥:通过调整水泥的细度模数和水泥中的矿物组成可以降件水泥的水化热。含较多铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(C3S)的水泥的水化热较高,所以制备大体积混凝土应选用熟料中C3A和C3S含量较低和凝结时间较长的水泥,如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。2)掺合料:在混凝土中可以掺加如粉煤灰等火山灰质的矿物掺合料以替代部分水泥,掺合料不但可以降低单位混凝土中水泥的用量,减少水化热,而且还可以通过“滚珠效应”提高混凝土的流动性,改善其工作性能;此外火山灰质的矿物掺合料的火山灰反应可以进一步改善混凝土内部的孔隙分布,使总孔隙率降低,提高其密实性,从而提高混凝土的抗掺性和耐久性。3)骨料:选用连续级配、粒径较大的粗骨料,可以减少用水量和水泥用量,并降低孔隙率和过渡区面积,减少裂缝产生。同样,应选用含泥量少、级配良好的中粗砂作为细骨料以降低水化热、收缩变形和裂缝生成。
2大体积混凝土裂缝成因
2.1水化热的影响
水泥水化热是大体积混凝土产生裂缝的主要原因,由于大体积混凝土结构断面较厚,水泥水化热过程中产生的热量聚在结构内部而不易散失,引起混凝土内部剧烈升温。由于混凝土内部与表面的散热条件不同,中心温度高、表面温度低,进而形成温度梯度在其内部产生压应力,而外部产生拉应力,当所受的拉应力大于混凝土极限拉应变时即产生裂缝。
2.2收缩变形的影响
凝土拌合水中20%水分是水泥水化所需的,其余80%的水分是为了保证浇筑中的和易性,收缩变形是混凝土在水泥水化中体积变形的主要形式,而混凝土体积收缩的主要原因是多余水分的蒸发。干燥收缩即产生收缩应力,从而使混凝土产生裂缝。
2.3温度影响
大体积混凝土由于内部水化热聚集而使其内外产生温差。当内部温度超过25~28℃就会引起较大的表面拉应力,当它混凝土抗拉极限强度时,就会在混凝土表面产生温度裂缝。
3裂缝控制
3.1设计措施
1)在建筑设计时处理好构件中“抗”与“放”的关系。“抗” 就是处于约束状态下的结构,当没有足够的变形余地时,而采取的防止裂缝产生的措施;而“放”是在结构有足够变形余地时所采取的措施。2)精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽可能降低混凝土的单位用水量,采用“一掺(掺高效减水剂)一高(高矿物掺合料掺量)三低(低砂率、低坍落度和低水胶比)”的设计准则,生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。3)避免结构突变产生应力集中,在转角和孔洞处增设构造加强筋,同时增配承受水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开展的钢筋,配筋应尽可能采用小直径和小间距。4)考虑采用60d混凝土强度值作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计的依据,以减少混凝土单方用灰量,积极采用补偿收缩混凝土技术。5)施工前,应验算浇筑块体的温度、温度应力及收缩力,以确定块体的升温峰值、内外温差等控制指标,制订温控施工技术方案。
3.2材料措施
1)根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级,尽量选用低热或中热水泥,优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥,避免采用早强水泥。2)选用级配优良的砂石原材料,含泥量应符合规范要求,积极采用矿物掺合料和混凝土外加剂。
3.3施工措施
1)施工人员应针对施工现场的砂石原材料的质量和含水情况及时调整混凝土施工配合比,根据现场的浇捣工艺、操作水平以及构件截面等情况,合理选用混凝土浇筑方法,遵循“同时浇捣、分层推进、一次到位、循序渐进”的施工工艺。2)根据结构特点,大体积混凝土的浇筑方法可分为:全面分层、分段分层和斜面分层,其摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及其和易性确定,层间的时间间隔应尽量缩短,必须在前层混凝土初凝之前,将其次层混凝土浇筑完毕。3)混凝土浇筑完毕后,应及时进行保温保湿养护,其持续时间,应根据温度应力加以控制和确定,但不得少于15d,保温覆盖层的拆除应分层逐步进行。
3.4温控措施
混凝土内部温度主要与混凝土组成材料的拌制温度、出机温度、运输温度、浇筑温度、水泥品种等有关。组成材料的拌制温度受拌合水、水泥、骨料和外加剂的影响。所以考虑以下温控措施:
1)降低混凝土浇筑的入模温度。在炎热季节时,混凝土搅拌站宜对砂石骨料采取遮阳降温措施,可加冰水搅拌混凝土,改善混凝土的搅拌加工工艺,在传统的“三冷技术”基础上采用“二次风冷”新工艺,泵送时,可在水平及垂直泵管上加盖草袋并喷冷水。2)控制混凝土的浇筑温度。夏季应尽量安排在l天中温度最低时施工,冬季避免夜间施工,防止混凝土受冻。3)通过埋置冷却水管实现循环冷却水,在混凝土升温时,经热交换降低混凝土结构中不同界面、不同深度的温度,以达到减小内外温差的目的。4)混凝土浇筑成型后,应加强保温保湿措施。夏季应坚决避免曝晒,注意保湿;冬季应采取相关措施保温,可用塑料薄膜或草袋等保温材料覆盖混凝土和模板,必要时搭设挡风保温棚。5)混凝土拆模后,表面温度与环境温度之差要求≤15℃。若大于l5℃,则应迅速对混凝土采取有效的保温措施,拆模按立模顺序反向进行,不得损伤混凝土,并减少模板破损。
4结语
大体积混凝土一般用在工业建筑中的设备基础、桥梁墩台、各类结构的厚大桩基承载台等重要部分,所以对其裂缝有着严格的要求。在整个混凝土施工期间,应做好温控工作,以防止温度裂缝的出现。在整个大型混凝土施工过程中,应从设计阶段进行混凝土裂缝的控制,从材料阶段至施工阶段再到养护阶段,都应有严格的控制裂缝的措施。这样才会发挥大体积混凝土的长期承载效果,提高工程的使用年限。
参考文献
[1]叶琳昌,沈义.大体积混凝土施工.中国建筑工业出版社,1987
[2]黄智疯,罗华连,张庆红.大体积混凝土的浇筑施工.广西大学学报,2008,7.
关键词大体积混凝土;裂缝控制;水化热
中图分类号TU755文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0120-01
大体积混凝土承受的荷载较大,整体性要求高,往往不允许留施工缝,要求一次浇筑完毕。由于体积大,内部聚集的温度不易散失,易产生裂缝。大体积混凝土施工中常见的问是如何控制混凝土温度变形裂缝,从而提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀性能,以及建筑结构的耐久年限。
1施工要求
1.1混凝土配合比设计要求
大体积混凝土配合比设计的基本要求是在保证混凝土的工作性能和力学性能的基础上大幅降低水化热。所以要求大体积混凝土的配合比设计时应提高掺合料和骨料的含量,以降低每立方米混凝土的水泥用量,并在配合比确定后进行水化热的验算或测定。
1.2材料要求
1)水泥:通过调整水泥的细度模数和水泥中的矿物组成可以降件水泥的水化热。含较多铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(C3S)的水泥的水化热较高,所以制备大体积混凝土应选用熟料中C3A和C3S含量较低和凝结时间较长的水泥,如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。2)掺合料:在混凝土中可以掺加如粉煤灰等火山灰质的矿物掺合料以替代部分水泥,掺合料不但可以降低单位混凝土中水泥的用量,减少水化热,而且还可以通过“滚珠效应”提高混凝土的流动性,改善其工作性能;此外火山灰质的矿物掺合料的火山灰反应可以进一步改善混凝土内部的孔隙分布,使总孔隙率降低,提高其密实性,从而提高混凝土的抗掺性和耐久性。3)骨料:选用连续级配、粒径较大的粗骨料,可以减少用水量和水泥用量,并降低孔隙率和过渡区面积,减少裂缝产生。同样,应选用含泥量少、级配良好的中粗砂作为细骨料以降低水化热、收缩变形和裂缝生成。
2大体积混凝土裂缝成因
2.1水化热的影响
水泥水化热是大体积混凝土产生裂缝的主要原因,由于大体积混凝土结构断面较厚,水泥水化热过程中产生的热量聚在结构内部而不易散失,引起混凝土内部剧烈升温。由于混凝土内部与表面的散热条件不同,中心温度高、表面温度低,进而形成温度梯度在其内部产生压应力,而外部产生拉应力,当所受的拉应力大于混凝土极限拉应变时即产生裂缝。
2.2收缩变形的影响
凝土拌合水中20%水分是水泥水化所需的,其余80%的水分是为了保证浇筑中的和易性,收缩变形是混凝土在水泥水化中体积变形的主要形式,而混凝土体积收缩的主要原因是多余水分的蒸发。干燥收缩即产生收缩应力,从而使混凝土产生裂缝。
2.3温度影响
大体积混凝土由于内部水化热聚集而使其内外产生温差。当内部温度超过25~28℃就会引起较大的表面拉应力,当它混凝土抗拉极限强度时,就会在混凝土表面产生温度裂缝。
3裂缝控制
3.1设计措施
1)在建筑设计时处理好构件中“抗”与“放”的关系。“抗” 就是处于约束状态下的结构,当没有足够的变形余地时,而采取的防止裂缝产生的措施;而“放”是在结构有足够变形余地时所采取的措施。2)精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽可能降低混凝土的单位用水量,采用“一掺(掺高效减水剂)一高(高矿物掺合料掺量)三低(低砂率、低坍落度和低水胶比)”的设计准则,生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。3)避免结构突变产生应力集中,在转角和孔洞处增设构造加强筋,同时增配承受水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开展的钢筋,配筋应尽可能采用小直径和小间距。4)考虑采用60d混凝土强度值作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计的依据,以减少混凝土单方用灰量,积极采用补偿收缩混凝土技术。5)施工前,应验算浇筑块体的温度、温度应力及收缩力,以确定块体的升温峰值、内外温差等控制指标,制订温控施工技术方案。
3.2材料措施
1)根据结构的要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级,尽量选用低热或中热水泥,优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥,避免采用早强水泥。2)选用级配优良的砂石原材料,含泥量应符合规范要求,积极采用矿物掺合料和混凝土外加剂。
3.3施工措施
1)施工人员应针对施工现场的砂石原材料的质量和含水情况及时调整混凝土施工配合比,根据现场的浇捣工艺、操作水平以及构件截面等情况,合理选用混凝土浇筑方法,遵循“同时浇捣、分层推进、一次到位、循序渐进”的施工工艺。2)根据结构特点,大体积混凝土的浇筑方法可分为:全面分层、分段分层和斜面分层,其摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及其和易性确定,层间的时间间隔应尽量缩短,必须在前层混凝土初凝之前,将其次层混凝土浇筑完毕。3)混凝土浇筑完毕后,应及时进行保温保湿养护,其持续时间,应根据温度应力加以控制和确定,但不得少于15d,保温覆盖层的拆除应分层逐步进行。
3.4温控措施
混凝土内部温度主要与混凝土组成材料的拌制温度、出机温度、运输温度、浇筑温度、水泥品种等有关。组成材料的拌制温度受拌合水、水泥、骨料和外加剂的影响。所以考虑以下温控措施:
1)降低混凝土浇筑的入模温度。在炎热季节时,混凝土搅拌站宜对砂石骨料采取遮阳降温措施,可加冰水搅拌混凝土,改善混凝土的搅拌加工工艺,在传统的“三冷技术”基础上采用“二次风冷”新工艺,泵送时,可在水平及垂直泵管上加盖草袋并喷冷水。2)控制混凝土的浇筑温度。夏季应尽量安排在l天中温度最低时施工,冬季避免夜间施工,防止混凝土受冻。3)通过埋置冷却水管实现循环冷却水,在混凝土升温时,经热交换降低混凝土结构中不同界面、不同深度的温度,以达到减小内外温差的目的。4)混凝土浇筑成型后,应加强保温保湿措施。夏季应坚决避免曝晒,注意保湿;冬季应采取相关措施保温,可用塑料薄膜或草袋等保温材料覆盖混凝土和模板,必要时搭设挡风保温棚。5)混凝土拆模后,表面温度与环境温度之差要求≤15℃。若大于l5℃,则应迅速对混凝土采取有效的保温措施,拆模按立模顺序反向进行,不得损伤混凝土,并减少模板破损。
4结语
大体积混凝土一般用在工业建筑中的设备基础、桥梁墩台、各类结构的厚大桩基承载台等重要部分,所以对其裂缝有着严格的要求。在整个混凝土施工期间,应做好温控工作,以防止温度裂缝的出现。在整个大型混凝土施工过程中,应从设计阶段进行混凝土裂缝的控制,从材料阶段至施工阶段再到养护阶段,都应有严格的控制裂缝的措施。这样才会发挥大体积混凝土的长期承载效果,提高工程的使用年限。
参考文献
[1]叶琳昌,沈义.大体积混凝土施工.中国建筑工业出版社,1987
[2]黄智疯,罗华连,张庆红.大体积混凝土的浇筑施工.广西大学学报,2008,7.