大体积混凝土裂缝产生的原因分析与防控措施
论文关键词:大体积混凝土;裂缝;原因;防控措施
论文摘要:大体积混凝土结构物施工技术难度大,容易引发许多影响使用安全的质量隐患。本文从混凝土内部温度分布情况及其变化规律着手,分析了大体积混凝土施工过程中裂缝产生的原因,并提出相应的防控措施。
混凝土内部温度取决于混凝土本身所贮备的热能。在绝热条件下,混凝土内部最高温度为浇筑温度与水泥水化热温度总和。实际施工过程中,由于混凝土内部温度与外界环境温度之间存在温差,并且混凝土四周并不能充分散热,所以新浇筑的混凝土与周围环境之间便会发生热能交换。混凝土模板、外界环境和养护条件等因素都会不断改变混凝土内部所贮备的热能,并促使混凝土内部温度逐渐发生变化,表现为“由低到高,再由高到低”的变化过程,混凝土内部最高温度实际上是入模浇筑温度、水泥水化热引起的绝热升温和混凝土浇筑后的散热温度三者的叠加。
1 大体积混凝土裂缝的产生原因
混凝土中产生裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理,原材料不合格(如碱骨料反应),模板变形,基础不均匀沉降等,归纳起来主要有以下几点。
外界气温变化。大体积混凝土在施工阶段,它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形而造成的,温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达60℃-65℃,并且有较长的延续时间。因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力。
混凝土的收缩。混凝土中约20%的水分是水泥硬化所必需的,而约80%的水分要蒸发,多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化,在混凝土内部产生很大的收缩应力,导致混凝土的裂缝。影响混凝土收缩,主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺、养护条件等。
水泥水化热。水泥在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,所以水泥产生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去,以至于越积越高,使内外温差增大,产生温度应力和收缩应力。水化热产生的混凝土内部最高温度,多发生在浇筑后的最初3天至5天,以后逐渐降低,这与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关。结构裂缝主要是由降温和收缩引起的,前者引起外约束,是导致贯通裂缝的主要原因;后者引起自约束,主要引起表面裂缝。因此在降温阶段,如果温差较大,则早期出现裂缝的可能性较大。
约束条件。大体积混凝土与地基浇在一起,早期混凝土温度上升时,混凝土膨胀受到地基约束会产生压应力;当后期温度下降时,混凝土收缩受到地基约束便会产生拉应力。由于混凝土的抗压性能优于抗拉性能,所以在受压时一般不会出现裂缝,而在受拉时,当拉应力大于混凝土的抗拉强度时,就会在混凝土中出现垂直裂缝。
2 大体积混凝土裂缝的防控措施
2.1 科学用料、合理调配
控制含泥量。根据结构断面最小尺寸和泵送管道内径,选择合理的最大粒径。选用天然连续级配的粗集料,使混凝土具有较好的可泵性,减少用水量、水泥用量,进而减小水化热,以采用级配良好的中砂为宜,通过试验证明,采用细度模数2.8的中砂比采用细度模数2.3的中砂,可减少用水量20kg/m3-25kg/m3,可降低水泥用量28kg/m3-35kg/m3。因而降低了水泥水化热,混凝土温度升高和收缩,选用合理砂率对混凝土的可泵性是有所提高的。
控制水灰比。混凝土中掺入一定数量的优质粉煤灰。不但能代替部分水泥,
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