淺析大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及防裂措施

瞿國平 · 2011-06-21 00:00 留言

  大體積混凝土開裂的問題是建筑施工中一個普遍性的技術(shù)問題。裂縫一旦形成,特別是基礎(chǔ)貫穿裂縫出現(xiàn)在重要的結(jié)構(gòu)部位,危害極大,它會降低結(jié)構(gòu)的耐久性,削弱構(gòu)件的承載力,同時可能會危害到建筑物的安全使用。本文分析大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因,然后提出具體的防裂措施。

  一、裂縫產(chǎn)生的原因

  裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類:一是結(jié)構(gòu)型裂縫,是由外部荷載引起的,包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計算中的主要應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫,是由非受力變形變化引起的,主要是由溫度應(yīng)力和混凝土自身的收縮引起的。本文主要探討材料型裂縫,其中具體原因如下:

  1.溫度應(yīng)力引起裂縫(溫度裂縫)

  目前溫度裂縫產(chǎn)生主要原因是由溫差造成的?;炷翝沧⒊跗?,產(chǎn)生大量的水化熱,由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體,水化熱積聚在混凝土內(nèi)部不易散發(fā),常使混凝土內(nèi)部溫度上升,而混凝土表面溫度為室外環(huán)境溫度,這就形成了內(nèi)外溫差,當(dāng)這種內(nèi)外溫差在混凝土凝結(jié)初期產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土抗壓強(qiáng)度時,就會導(dǎo)致混凝土裂縫;另外,在拆模前后,表面溫度降低很快,造成了溫度陡降,也會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

  2.收縮引起裂縫

  收縮有很多種,包括干燥收縮、塑性收縮、自身收縮、碳化收縮等等。這里主要分析干燥收縮和塑性收縮。

  首先,干燥收縮是指在干燥的環(huán)境下,混凝土硬化后,混凝土內(nèi)部的水分不斷向外散失,引起混凝土由外向內(nèi)的干縮變形裂縫。

  其次,塑性收縮是指在水泥活性大、混凝土溫度較高的情況下,或在水灰比較低的條件下會加劇引起開裂。因?yàn)檫@時混凝土的泌水明顯減少,表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補(bǔ)充,這時混凝土尚處于塑性狀態(tài),稍微受到一點(diǎn)拉力,混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不均勻的裂縫,隨著混凝土內(nèi)部的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加大,裂縫就會進(jìn)一步擴(kuò)展。

  二、防止裂縫的措施

  1.優(yōu)選原材料

  首先,可以選用水化熱較低的水泥。由于溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的,所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱,為了降低水化熱,要盡量采取早期水化熱低的水泥。由于水泥的水化熱是礦物成分與細(xì)度的函數(shù),要降低水泥的水化熱,主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細(xì)度模數(shù)。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外,在不影響水泥活性的情況下,要盡量使水泥的細(xì)度適當(dāng)減小,因?yàn)樗嗟募?xì)度會影響水化熱的放熱速率。

  其次,可以摻加粉煤灰。由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物,這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng),是其活性的來源,可以取代部分水泥,從而減少水泥用量,降低混凝土的熱脹;由于粉煤灰顆粒較細(xì),能夠參加二次反應(yīng)的界面相應(yīng)增加,在混凝土中分散更加均勻;同時,粉煤灰的火山灰反應(yīng)進(jìn)一步改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu),使混凝土中總的孔隙率降低,孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的細(xì)化,分布更加合理,使硬化后的混凝土更加致密,相應(yīng)收縮值也減少。

  第三,加入適量外加劑。加入外加劑后能減小混凝土收縮開裂的機(jī)會。減水劑的主要作用是改善混凝土的和易性,降低水灰比,提高混凝土強(qiáng)度或在保持混凝土一定強(qiáng)度時減少水泥用量,而水灰比的降低,水泥用量的減少對防止開裂是十分有利的;緩凝劑的作用一是延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)的時間,由于混凝土的強(qiáng)度會隨齡期的增長而增大,所以等放熱峰值出現(xiàn)時,混凝土強(qiáng)度也增大了,從而減小裂縫出現(xiàn)的機(jī)率,二是改善和易性,減少運(yùn)輸過程中的塌落度損失;引氣劑在混凝土的應(yīng)用對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。

  2.采用合理的施工方法

  首先,混凝土的拌制過程中,要嚴(yán)格控制原材料計量準(zhǔn)確,同時嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)塌落度;要盡量降低混凝土拌合物出機(jī)口溫度,拌合物可采取以下兩種降溫措施:一是送冷風(fēng)對拌和物進(jìn)行冷卻,二是加冰拌合,一般使新拌混凝土的溫度控制在6℃左右。

  其次,在混凝土澆注、拆模過程中,要做好控制措施。澆注過程中要進(jìn)行振搗方可密實(shí),振搗時間應(yīng)均勻一致以表面泛漿為宜,間距要均勻,以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜,澆注完畢后,表面要壓實(shí)、抹平,以防止表面裂縫;澆注混凝土要求分層澆注、分層流水振搗,同時要保證上層混凝土在下層初凝前結(jié)合緊密;避免縱向施工縫、提高結(jié)構(gòu)整體性和抗剪性能;盡量避開在太陽輻射較高的時間澆注;混凝土在實(shí)際溫度養(yǎng)護(hù)的條件下,強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%以上,混凝土中心與表面最低溫度控制在25℃以內(nèi),預(yù)計拆模后混凝土表面溫降不超過9℃以上允許拆模。

  第三,做好表面隔熱保護(hù)。混凝土澆注后,由于內(nèi)部較表面散熱快,會形成內(nèi)外溫差,表面收縮受內(nèi)部約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,但是這種拉應(yīng)力通常很小,不至于超過混凝土的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。但是如果此時受到冷空氣的襲擊,或者過分通風(fēng)散熱,使表面溫度降溫過大就很容易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生,所以混凝土拆模后,特別是低溫季節(jié),應(yīng)立即采取表面保護(hù),防止表面降溫過大,引起裂縫。另外,當(dāng)日平均氣溫在2~3天內(nèi)連續(xù)下降不小于6~8℃時,28天齡期內(nèi)混凝土表面必須進(jìn)行表面保護(hù)。

  第四,做好養(yǎng)護(hù)措施?;炷翝沧⑼戤吅螅瑧?yīng)及時灑水養(yǎng)護(hù)以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤,這樣既減少外界高溫倒灌,又防止干縮裂縫的發(fā)生,促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的穩(wěn)定增長。一般在澆注完畢后12~18小時內(nèi)立即開始養(yǎng)護(hù),連續(xù)養(yǎng)護(hù)時間不少于28天或設(shè)計齡期。

  第五,做好通水冷卻工作。若是在高溫季節(jié)施工,則要在初期采用通制冷水來降低混凝土最高溫度峰值,但注意,通水時間不能過長,因?yàn)闀r間過長會造成降溫幅度過大而引起較大的溫度應(yīng)力。為了削減內(nèi)外溫差,還應(yīng)在夏末秋初進(jìn)行中期通水冷卻,中期通水一般采用河水,通水歷時兩個月左右。后期通水是使混凝土柱狀塊達(dá)到接縫灌漿的必要措施,一般采用通河水和通制冷水相結(jié)合的方案。

  三、結(jié)語

  大體積混凝土的開裂是目前建筑業(yè)界普遍面臨的問題,通過以上分析可知,大體積混凝土的材料型裂縫主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的,只有精心選擇原材料、采用合理的施工方法,才能有效地防止裂縫的發(fā)生。


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