大體積混凝土冬季施工中溫度裂縫防治措施
摘要:冬季施工中大體積混凝土溫度裂縫成因及其影響因素,對(duì)溫度裂縫的防治提出了技術(shù)措施
關(guān)鍵詞:大體積混凝土 裂縫 防治措施
1、大體積混凝土裂縫機(jī)理分析
大體積混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫,按其深度的不同,一般可分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三類。貫穿裂縫切斷了結(jié)構(gòu)斷面,破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性,危害性是嚴(yán)重的,如與迎水面相通,還引起漏水。深層裂縫部分切斷了結(jié)構(gòu)的斷面,也有一定的危害性。表面裂縫危害性較小,但處于基礎(chǔ)或者老混凝土約束范圍以內(nèi)的表面裂縫,在內(nèi)部混凝土降溫過程中,可能發(fā)展為深層甚至貫穿裂縫。北方冬季施工時(shí)由于環(huán)境氣溫過低,混凝土表面散熱速率加快,從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差極劇增大,更容易造成混凝土表面與內(nèi)部形成的溫差裂縫,甚至形成貫通裂縫。
貫穿裂縫成因:隨著水泥水化反應(yīng)的結(jié)束以及混凝土的不斷散熱,大體積混凝土由升溫階段過渡到降溫階段,隨溫度降低,體積收縮。由于混凝土內(nèi)部熱量是通過表面向外散熱的在降溫階段,混凝土溫度場(chǎng)的分布仍是中心溫度高,表面溫度低的狀態(tài),因此內(nèi)部混凝土產(chǎn)生較大的內(nèi)約束,同時(shí),地基和邊界條件也對(duì)收縮的混凝土產(chǎn)生較大的外約束。所以降溫收縮,在混凝土中形成了較大的拉應(yīng)力,從而引起大體積混凝土的貫穿裂縫。
可見,大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的原因,一個(gè)是混凝土內(nèi)外溫度變化差引起的應(yīng)力和應(yīng)變,另一個(gè)是混凝土本身的抗拉強(qiáng)度和抵抗變形能力。當(dāng)應(yīng)力值大于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí),混凝土即出現(xiàn)裂縫。
2、影響大體積混凝土溫度裂縫的主要因素
1)水泥水化熱的影響:大體積混凝土由于結(jié)構(gòu)物斷面大,自身的導(dǎo)熱性能又較差,澆灌后,在硬化期間,水泥放出大量的水化熱。據(jù)實(shí)測(cè),它引起的溫度在工程的施土中高達(dá)20-30℃,在混凝土澆筑后的3-5d達(dá)到最高值,由此引起混凝土內(nèi)部溫度不斷上升,表面和內(nèi)部溫差很大。水泥水化熱聚集在結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部不散失而引起升溫,引起不均勻膨脹與收縮,當(dāng)受到約束時(shí),就會(huì)導(dǎo)致混凝土開裂。水化熱與水泥用量、水泥品種有關(guān),并隨混凝土的齡期按指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)。
2)澆筑溫度與外界氣溫的影響:在東北冬季澆筑混凝土,由于環(huán)境溫度較低,內(nèi)部與表面溫度差很大,特別是大體積混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)平面尺寸很大時(shí),澆筑溫度對(duì)混凝土內(nèi)部裂縫的開展影響明顯,容易產(chǎn)生表面裂縫或貫穿性裂縫。因此澆筑溫度是不可忽視的因素之一。
3)約束條件的影響:結(jié)構(gòu)物在變形過程中,由于約束條件的存在,必然會(huì)受到一定的約束或抑制而阻礙變形。若沒有約束,無(wú)論內(nèi)部溫度和外部溫度如何變化,都不會(huì)引起開裂。對(duì)于大體積混凝土來說,它總是置于一定的基底之上,這個(gè)約束產(chǎn)生的應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)就引起開裂,直至貫穿。
4)混凝土的收縮變形的影響:在大體積混凝土中,僅有20%左右的水分是水泥水化所必須的,尚有80%的游離水分需要蒸發(fā),多余水分蒸發(fā)所引起的混凝土體積收縮稱為收縮變形。因此,混凝土的收縮變形在約束力的作用下,在其內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力,從而引起混凝土的開裂
3、防治溫度與收縮裂縫的技術(shù)措施
為了有效地控制有害裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展,可采取如下措施:
1)降低水泥水化熱
?、俨捎玫退療峄蛑兴療岬乃嗥贩N配制混凝土。
②充分利用混凝土的后期強(qiáng)度或60d強(qiáng)度,減少水泥用量。試驗(yàn)結(jié)果表明,每增加10公斤水泥用量,其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升高1℃。
?、郾M量選用粒徑較大,級(jí)配良好的粗骨料,摻和粉煤灰等摻合料,或摻入相應(yīng)的減水劑緩凝劑,改善混凝土和易性,從而降低水灰比,以達(dá)到減少水泥用量、降低水化熱的目的。
?、苡杪窭鋮s水管強(qiáng)制降溫,但必須注意嚴(yán)格控制進(jìn)出口水溫溫差,一般不超過25℃。
?、菘刂瓢韬嫌盟疁囟?,防止水泥水化熱峰值提前上升,可采用冷水拌制混凝土,一般采用4—13℃冷水拌制混凝土。當(dāng)外界氣溫為負(fù)溫時(shí),可采用30—40℃熱水進(jìn)行攪拌。
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2)降低混凝土的入模溫度
?、龠x擇較適宜的溫度澆注大體積混凝土,灌筑溫度控制在8— 10℃,入模溫度控制在5℃左右。
?、趽饺胂鄳?yīng)的緩凝型減水劑。
?、刍炷寥肽r(shí),采取通風(fēng)散熱措施,加快熱量的散失。
3)加強(qiáng)施土中的溫度控制
?、僭诨炷翝沧⒅螅龊没炷恋谋乇?,緩緩降溫,降低溫度應(yīng)力。冬季施工應(yīng)采取措施保溫覆蓋,以免產(chǎn)生急劇的溫度梯度?;炷翝沧⑼瓿珊螅瑧?yīng)進(jìn)行保濕養(yǎng)生,并應(yīng)隨混凝土內(nèi)部溫度的升高,逐漸提高養(yǎng)護(hù)溫度,在整個(gè)養(yǎng)生過程中要密切關(guān)注混凝土溫度變化,隨時(shí)調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)溫度,嚴(yán)格控制降溫速率在0.9-1.5℃/h,保證大體積混凝土的內(nèi)在質(zhì)量。
?、诓扇¢L(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù),規(guī)定合理的拆模時(shí)間,延緩降溫時(shí)間和速度,充分發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松弛效應(yīng)。
?、奂訌?qiáng)溫度監(jiān)測(cè)與管理,實(shí)行信息化控制,隨時(shí)控制混凝土內(nèi)溫度變化,內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi),基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內(nèi)。及時(shí)調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施,并應(yīng)在施工前做好保溫材料的準(zhǔn)備,在施工中隨時(shí)按照預(yù)定的方案監(jiān)測(cè)溫度,做好控溫措施準(zhǔn)備土作,使混凝土的溫度梯度及濕度梯度不至于過大,有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。
?、芎侠戆才攀┕こ绦颍炷翝沧⑦^程中控制溫度均勻上升,結(jié)構(gòu)完成后及時(shí)回填土或用保溫材料保溫,可用珍珠巖或苯板等,避免側(cè)面長(zhǎng)期暴露,以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。
⑤設(shè)置保溫層及溫度緩沖層,來防止混凝土降溫過快,出現(xiàn)內(nèi)外溫度差過大引起裂縫。
4)改善約束條件,減少溫度應(yīng)力
?、俜謱踊蚍謮K澆注大體積混凝土,合理設(shè)置水平或垂直施工縫,或在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置施工后澆帶,以放松約束程度,減少每次澆注長(zhǎng)度的蓄熱量,以防止水化熱的積聚,減少溫度應(yīng)力。
?、谠诖篌w積混凝土基礎(chǔ)與巖石地基,或基礎(chǔ)與厚大的混凝土墊層之間設(shè)置滑動(dòng)層,如采用平面澆瀝青膠鋪砂,或刷熱瀝青,或鋪卷材。在垂直面,鍵槽部位設(shè)置緩沖層,可用鋪設(shè)30-50mm厚瀝青木絲板或聚苯乙烯泡沫塑料,以消除嵌固作用,釋放約束應(yīng)力。
5)提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度
①選擇良好級(jí)配的粗骨料,加強(qiáng)混凝土的振搗,提高混凝土的密實(shí)性和抗拉強(qiáng)度,減少收縮變形,保證混凝土質(zhì)量。
②采用二次或多次投料法拌制混凝土,并盡可能采用引氣劑,再采用切實(shí)可行的振搗方法,既不過振,也不漏振。上下層混凝土的振搗搭接長(zhǎng)度控制在振搗器的振幅作用半徑距離內(nèi),消除大體積混凝土的泌水現(xiàn)象,加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。
③在大體積混凝土的基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋,在截面突變和轉(zhuǎn)折處、底面與墻轉(zhuǎn)角處、孔洞轉(zhuǎn)角及周邊增加斜向構(gòu)造配筋以改善集中應(yīng)力防止裂縫的出現(xiàn)。
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