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大体积混凝土施工质量问题及防治

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发表于 2017-9-20 12:54:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
  由于大体积混凝土结构的截面尺寸较大,所以由外荷载引起裂缝的可能性很小。但水泥在水化反应过程中释放的水化热产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用,将会产生较大的温度应力和收缩应力。这是大体积混凝土结构出现裂缝的主要因素。
  一、 混凝土裂缝产生的原因
  大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝,是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变,另一方面是结构的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变,一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度,就会产生不同程度的裂缝。
  1、水泥水化热的影响
  水泥在水化反应过程中会产生大量的热量。这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。试验证明每克普通硅酸盐水泥放出的热量可达500J。由于大体积混凝土截面厚度大,水化热聚集在结构内部不易散发,所以会引起混凝土结构内部急骤升温。大体积混凝土测温试验研究表明,水泥水化热在1-3d内放出的热量最多,大约占总热量的50%左右;混凝土浇筑后的3-5d内,混凝土内部的温度最高。混凝土的导热性能较差,浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都很低,对水泥水化热急剧温升引起的变形约束不大,温度应力自然也比较小,不会产生温度裂缝。随着混凝土龄期的增长,其弹性模量和强度相应不断提高,对混凝土降温收缩变形的约束也愈来愈强,即产生很大的温度应力,当混凝土的
  强度不足以抵抗此温度应力时,便容易产生温度裂缝。
  2、内外约束条件的影响
  各种混凝土结构在变形变化中,必然受到一定的约束,从而阻碍其自由变形。阻碍变形的因素称为约束条件。约束又分为内约束和外约束。结构产生变形变化时,不同结构之间产生的约束称为外约束,结构内部各质点之间产生的约束称为内约束。建筑工程中的大体积混凝土承受的温差和收缩主要是均匀温差和均匀收缩,故外约束应力占主要地位。 大体积混凝土与地基浇筑在一起,当温度变化时受到下部地基的限制,因而产生外部的约束应力。在全约束的条件下,混凝土结构的变形应是温差和混凝土线膨胀系数的乘积,即ε=ΔT·α。当ε超过混凝土的极限拉伸值εp。时,混凝土结构便出现裂缝。由此可见,降低混凝土的内外温差和改善其约束条件,是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。
  3、外界气温变化的影响
  大体积混凝土结构在施工期间,外界气温的变化对防止大体积混凝土开裂有着重大影响。混凝土的内部温度是浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度的叠加之和组成。温度应力是由温差引起的变形所造成的,温差愈大,温度应力也愈大。因此,研究和采取合理的温度控制措施,控制混凝土表面温度与外界气温的温差,是防止混凝土裂缝产生的另一个重要措施。
  4、混凝土收缩变形的影响
  混凝土收缩变形的影响,主要包括塑性变形和体积变形两个方面。
  在混凝土硬化之前,混凝土处于塑性状态,如果上部混凝土的均匀沉降受到限制,如遇到钢筋或大的混凝土集料,或者平面面积较大的混凝土,其水平方向的减缩比垂直方向更难时,就容易形成一些不规则的混凝土塑性收缩性裂缝。这种裂缝通常是互相平行的,并且有一定的深度,它不仅可以发生在大体积混凝土中,而且可以发生在乎面尺寸较大、厚度较薄的结构构件中。
  混凝土在水泥水化过程中要产生一定的体积变形,但多数是收缩变形,少数为膨胀变形。掺入混凝土中的拌合水,约有20%的水分是水泥水化所必需的,其余80%将要逐渐蒸发,最初失去的自由水几乎不引起混凝土的收缩变形,但随着混凝土的不断干燥而使吸附水逸出,就会出现干缩变形。除上述干燥收缩外,混凝土还会产生碳化收缩变形即空气中的二氧化碳(CO2)与混凝土中的氢氧化钙[Ca(OH)2]反应生成碳酸钙和水,这些结合水会因蒸发而使混凝土产生收缩变形。
  二、控制大体积混凝土裂缝的技术措施
  实践经验表明,现有大体积结构的裂缝,绝大多数是由温度裂缝原因而产生的。防止产生温度裂缝是大体积混凝土研究的重要课题,我国自20世纪60年代开始进行研究
  目前已积累了很多成功的经验。工程上常用的防止混凝土裂缝的措施主要有:
  1、水泥品种选择和用量控制
  1)、选用中热或低热的水泥品种
  混凝土升温的热源主要是水泥在水化反应中产生的水化热,因此选用中热或低热水泥品种,是控制混凝土温升的最根本方法。如强度等级为42.5MPa的矿渣硅酸盐水泥,其3d的水化热为180kJ/kg;而强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥,其3d的水化热却高达250kJ/kg。
  2)、充分利用混凝土的后期强度
  根据大量的试验资料表明,每立方米混凝土中的水泥用量,每增减lOkg其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。因此,为控制混凝土温升,降低温度应力,避免温度裂缝,在满足混凝土强度和耐久性的前提下,尽量减少水泥的用量。同时可根据结构实际承受荷载的情况,对结构的强度和刚度进行复核,并取得设计单位、监理单位和质量检查部门的认可后,采用f45、f60或f90替代f28作为混凝土的设计强度。这样可使每立方米混凝土的水泥用量减少40~70kg左右,混凝土水化热温升也相应降低4℃~7℃。
  2、掺加外加料
  大体积混凝土的浇筑,由于工程量较大、施工要求高、施工工期紧,所以很多工程采用泵送混凝土。泵送混凝土一般塌落度较大,水灰比较大,水分较高易导致后期混凝土干缩大。在进行混凝土配合比设计中,不能用单纯增加水泥浆的方法。这样不仅会增加水泥用量,增大混凝土的收缩,而且还会使水化热升高,容易引起裂缝。工程实践证明,在施工中优化混凝土级配,掺加适量的外加料,以改善混凝土的特性,是大体积混凝土施工中的一项重要技术措施。混凝土中常用的外加料主要是外加剂和外掺料。大体积混凝土中掺加的外加剂主要是木质素磺酸钙 (简称木钙)。木钙属阴离子表面活性剂。它对水泥颗粒有明显的分散效应,并能使水的表面张力降低。因此,在泵送混凝土中掺入水泥质量的0.2%—0.3%的木钙,不仅能使混凝土的和易性有明显的改善,而且可减少10%左右的拌合水,混凝土28d的强度可提高10%-20%;若保持强度不变,可节省水泥10%,从而可降低水化热。
  3、集料的选择
  大体积混凝土所需的强度并不是很高的,所以组成混凝土的砂石料比高强混凝土要高,约占混凝土总质量的85%左右,正确选用砂石料对保证混凝土质量、节约水泥用量、降低水化热量、降低工程成本是非常重要的。
  结构工程的大体积混凝土,宜优先选择以自然连续级配的粗集料配制。这种连续级配粗集料配制的混凝土,具有较好的和易性、较少的用水量、节约水泥用量、较高的抗压强度等优点。
  4、 控制混凝土出机温度和浇筑温度
  为了降低大体积混凝土的总温升,减小结构物的内外温差,控制混凝土的出机温度与浇筑温度同样非常重要。
  在混凝土原材料中,砂石的比热比较小,但占混凝土总质量的85%左右;水的比热较大,但它占混凝土总质量的6%左右。因此,对混凝土出机温度影响最大的是石子的温度,砂的温度次之,水泥的温度影响最小。为了降低混凝土的出机温度,其最有效的办法就是降低砂、石的温度,在拌合前用冷水冲洗粗集料,再加上冰屑拌合。
  混凝土从搅拌机出料后,经搅拌车或其他工具运输、卸料、浇筑、平仓、振捣等工序后的混凝土温度称为混凝土浇筑温度。在有条件的情况下,混凝土的浇筑温度越低,对于降低混凝土内外温差越有利。
  5、延缓混凝土的降温速率
  大体积混凝土浇筑后,加强表面的保湿、保温养护,对防止混凝土产生裂缝具有重大作用。保湿、保温养护的目的有三个:第一,减小混凝土的内外温差,防止出现表面裂缝;第二,防止混凝土骤然受冷,避免产生贯穿裂缝;第三,延缓混凝土的冷却速度,以减小新老混凝土的上下层约束。总之,在混凝土浇筑之后,以适当的材料加以覆盖,采取保湿和保温措施,不仅可以减少升温阶段的内外温差,防止产生表面裂缝,而且可以使水泥顺利水化,提高混凝土的极限拉伸值,防止产生过大的温度应力和温度裂缝。
  6、提高混凝土的极限拉伸值
  混凝土的收缩值和极限拉伸值,除与水泥用量、集料品种和级配、水灰比、集料含泥量等因素有关外,还与施工工艺和施工质量密切相关。因此,通过改善混凝土的配合比和施工工艺,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εp,这对防止产生温度裂缝也可起到一定的作用。
  大量施工现场试验证明,对浇筑后未初凝的混凝土进行二次振捣,能排除混凝土因泌水在粗集料、水平钢筋下部生成的水分和空隙,提高混凝土与钢筋之间的握裹力,防止因混凝土沉落而出现的裂缝,减小混凝土内部微裂,增加混凝土的密实度,使混凝土的抗压强度提高10%~20%,从而可提高混凝土的抗裂性。混凝土二次振捣有严格的时间标准,二次振捣的恰当时间是指混凝土振捣后尚能恢复到塑性状态的时间,这是二次振捣的关键,又称为振动界限。掌握二次振捣恰当时间的方法:
  将运转着的振捣棒以其自身的重力逐渐插入混凝土中进行振捣,混凝土在振捣棒慢慢拔出时能自行闭合,不会在混凝土中留下孔穴,则可以认为此时施加二次振捣是适宜的。
  7、改善边界约束和构造设计
  防止大体积混凝土产生温度裂缝,除可以采取以上施工技术措施外,在改善边界约束和构造设计方面也可采取一些技术措施。如合理分段浇筑、避免应力集中、合理配筋、设应力缓和沟等。
  1)合理分段浇筑
  当大体积混凝土结构的尺寸过大,通过计算证明整体一次浇筑会产生较大温度应力,有可能产生温度裂缝时,则可与设计单位协商,采用合理分段浇筑,即增设“后浇带”的方法进行浇筑。
  2)合理配置钢筋在一般常温和允许应力状态下,钢的性能是比较稳定的,其与混凝土的热膨胀系数相差不大,因而在温度变化时,钢与混凝土之间的内应力很小,而钢的弹性模量比混凝土的弹性模量大6~16倍。当混凝土的强度达到极限强度、变形达到极限拉伸值时,应力开始转移到钢筋上,从而可以避免裂缝的开展。
  采取增加配置构造钢筋的方法,可使构造筋起到温度筋的作用,能有效地提高混凝土的抗裂性能。
  对于大体积混凝土,构造筋对控制贯穿性裂缝作用不太明显,但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。
  3)避免应力集中
  在结构的孔洞周围、变断面转角部位、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混凝土裂缝。为此,可在孔洞四周增配斜向钢筋、钢筋网片;在变断面处避免断面突变,可作局部处理使断面逐渐过渡,同时增配一定量的抗裂钢筋,这对防止裂缝产生是有很大作用的。
  8 、加强施工监测工作
  在大体积混凝土的凝结硬化过程中,及时摸清大体积混凝土不同深度温度场升降的变化规律,随时监测混凝土内部的温度情况,对于有的放矢地采取相应的技术措施,确保混凝土不产生过大的温度应力,避免温度裂缝的发生,具有非常重要的作用。

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发表于 2018-9-19 10:47:42 | 显示全部楼层
学习受教了,但是可不可以下载呀?
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