大體積混凝土裂縫分析及控制技術(shù)3

　　三、保證大體積混凝土質(zhì)量及控制裂縫的措施

　　綜上所述，橋梁產(chǎn)生裂縫的原因主要可以歸納為以下三個大的方面：溫度裂縫、沉縮裂縫及抗拉裂縫。在施工中可以通過以下措施控制混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫的產(chǎn)生。

　　(一)保證混凝土的質(zhì)量。

　　保證混凝土的質(zhì)量主要有以下幾個措施：

　　1.選擇合適水泥和嚴格控制水泥用量優(yōu)先采用525R普通水泥，425R普通水泥等高標號水泥，以減少水泥用量。選用低熱水泥，減少水化熱，降低混凝土的溫升值。并盡量選用后期強度(90或120天)，降低水泥量，并延緩峰值。在滿足設(shè)計和混凝土可泵性的前提下，將425R水泥用量控制在450kg/m3，525R水泥用量控制在360kg/m3.以降低砼最高溫升，降低砼所受的拉應(yīng)力。

　　2. 嚴格控制骨料級配和合泥量選用10.40mm連續(xù)級配碎石(其中10.30mm級配含量65%左右)，細度模數(shù)2.80-3.00的中砂(通過0.315n凹篩孔的砂不少于15%，砂率控制在40%-45%)。砂、石含泥量控制在1%以內(nèi)，并不得混有有機質(zhì)等雜物，杜絕使用海砂。

　　3.選擇適當外加劑

　　可根據(jù)設(shè)計要求，混凝土中摻加一定用量外加劑，如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等外加劑。外加劑中糖鈣能提高混凝土的和易性，使用水量減少20%左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延長到5h左右。

　　4. 選擇優(yōu)化配合比選用良好級配的骨料，嚴格控制砂石質(zhì)量，降低水灰比，并在砼中摻加粉煤灰和外加劑等，以降低水泥用量，減少水化熱，以降低砼溫升，從而可以降低砼所受的拉應(yīng)力。

　　5.采用切實可行的施工工藝根據(jù)泵送大體積混凝土的特點，采用“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序推進，一次到頂”的方法。這種自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能較好地適應(yīng)泵送工藝，避免混凝土輸送管道經(jīng)常拆除、沖洗和接長，從而提高泵送效率，簡化混凝土的泌水處理，保證上下層混凝土澆筑間隔不超過初凝時間。根據(jù)混凝土泵送時自然形成一個坡度的實際情況，在每個澆筑帶的前后布置兩道振動器，第一道布置在混凝土出料口，主要解決上部混凝土的振實;由于底層鋼筋間距較密，第二道布置在混凝土坡腳處，以確保下部混凝土密實。隨著澆筑的推進，振動器也相應(yīng)跟上，以確保整個高度上混凝土的質(zhì)量。由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚，故澆筑結(jié)束后須在初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍，打磨壓實，以閉合混凝土的收水裂縫。

　　6.嚴格控制混凝土入模溫度大體積砼最好選在春秋季施工，以降低入模溫度，既是在夏季施工最好采取有效措施降低入模溫度，再者澆筑砼時最好不要讓砼在太陽下直接爆曬。施工過程中應(yīng)對碎石灑水降溫，保證水泥庫通風良好，自來水預(yù)可先放入地下蓄水池中降溫。

　　7.加適當預(yù)埋件在砼易裂縫部位埋設(shè)應(yīng)力應(yīng)變傳感片，直接測試拉應(yīng)力，以便更直接控制砼(調(diào)節(jié)保溫保濕養(yǎng)護條件，保證溫度梯度)，確保砼不裂縫。在基礎(chǔ)面筋上加設(shè)鐵絲網(wǎng)或小直徑鋼筋網(wǎng)，以提高砼表面抗裂性(中間溫度筋可去掉)。如3.00m厚承臺設(shè)計時，在承臺中間設(shè)置了墊20@2肋水平抗縮鋼筋網(wǎng)片。采用“水平分層間隙”施工方法，分兩層進行澆筑，間隙時間7d以上，分層厚度各1.5m，抗縮鋼筋網(wǎng)設(shè)置在下層1.5m的上表面。在工期允許的情況下，這種施工方法可降低內(nèi)部最高溫升、減少人力、材料及機械設(shè)備的投入。

　　8.改進施工技術(shù)施工時加強插筋位置的振搗、抹壓、養(yǎng)護。由于鋼筋是熱的良導(dǎo)體，易產(chǎn)生大的溫度梯度，這是裂縫產(chǎn)生的一個主要環(huán)節(jié)。同時加強初凝前的抹壓，以消除初期裂縫，并加強早期養(yǎng)護，提高砼抗拉強度。

　　9.加強砼澆筑后的養(yǎng)護砼澆筑后，應(yīng)盡快回填土――土是砼最好的養(yǎng)護材料之一。目前這是砼保溫保濕養(yǎng)護的最有效方法，對預(yù)防裂縫是非常有益的。如采用蓄水法保溫養(yǎng)護，在混凝土施工期間可通入冷卻循環(huán)水，以便加快承臺內(nèi)部熱量的散發(fā)。如采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護周期，對于超厚大體積混凝土施工尤其適用。

　　10.加強技術(shù)管理?? 加強原材料的檢驗、試驗工作。施工中嚴格按照方案及交底的要求指導(dǎo)施工，明確分工，責任到人。加強計量監(jiān)測工作，定時檢查并做好詳細記錄，認真對待澆筑過程中可能出現(xiàn)的冷縫，并采取措施加以杜絕。在變截面施工前，一定要加強預(yù)測，并保證預(yù)測的科學性。同時在實施過程中，要切實落實施工方案。

　　11. 加強混凝土的測溫工作為及時掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值，在承臺內(nèi)埋沒若干個測溫點，采用L形布置，每個測溫點埋設(shè)溫管2根01根管底埋置于承臺混凝土的中心位置，測量混凝土中心的最高溫升，另一根管底距承臺上表面100 mm，測量混凝土的表面溫度，測溫管均露出混凝土表面100 mm.用100的紅色水銀溫度計測溫，以方便讀數(shù)。第l ―― 5d每2h測溫1次，第6d后每4h測溫1次，測至溫度穩(wěn)定為止。從已有施工經(jīng)驗的測溫情況看，混凝土內(nèi)部溫升的高峰值一般在3.5d內(nèi)產(chǎn)生，3d內(nèi)溫度可上升到或接近最大溫升，內(nèi)外溫差值在20℃左右，控制在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

　　12.其它參考意見大體積混凝土采用泵送工藝，泵送過程中，常會發(fā)生輸送管堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要。須合理選擇泵送壓力，泵管直徑，輸送管線布置應(yīng)合理。泵管上須遮蓋濕麻袋，并經(jīng)常淋水散熱?；炷现械纳笆辛己玫募壟?，碎石最大粒徑與輸送管徑之比宜名1：3，砂率宜在40%。45%間，水灰比宜在0.5-0.55間，坍落度宜在15-18cm間。及時與氣象臺取得聯(lián)系，掌握天氣情況。由于大體積混凝土承臺連續(xù)澆筑，故澆筑現(xiàn)場須設(shè)防雨棚，并在基坑四周，設(shè)置盲溝和集水井。

　　(二)溫度的控制和防止裂縫的措施

　　為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。控制溫度的措施如下：

　　1、采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;

　　2、拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;

　　3、熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱;

　　4、在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫;

　　5、規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;

　　6、施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采取保溫措施;改善約束條件的措施是：

　　(1)合理地分縫分塊;

　　(2)避免基礎(chǔ)過大起伏;

　　(3)合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露;

　　此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加強養(yǎng)護，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量對防止裂縫是十分重要，應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

　　在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)適當考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當大的拉應(yīng)力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。

　　加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小，因為大體積混凝土的含筋率極低。只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼的各項性能是穩(wěn)定的，而與應(yīng)力狀態(tài)、時間及溫度無關(guān)。鋼的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7~15倍，當內(nèi)混凝土應(yīng)力達到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應(yīng)力將不超過100~200kg/cm2……因此，在混凝土中想要利用鋼筋來防止細小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細而間距密時，對提高混凝土抗裂性的效果較好?；炷梁弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的表面常常會發(fā)生細而淺的裂縫，其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺，但它對結(jié)構(gòu)的強度和耐久性仍有一定的影響。

　　為保證混凝土工程質(zhì)量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。其主要作用為：

　　(1)混凝土中存在大量毛細孔道，水蒸發(fā)后毛細管中產(chǎn)生毛細管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力，但會使混凝土強度降低。這個表面張力理論早在六十年代就已被國際上所確認。

　　(2)水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。

　　(3)水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補充。

　　(4)減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。

　　(5)提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高的混凝土抗裂性能。

　　(6)混凝土在收縮時受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

　　(7)摻加外加劑可使混凝土密實性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮。

　　(8)摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當，在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。

　　(9)摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮。

　　許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們在工程實踐中應(yīng)多進行這方面的實驗對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經(jīng)濟。

　　(三) 混凝土的早期養(yǎng)護

　　實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數(shù)是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。

　　從溫度應(yīng)力觀點出發(fā)，保溫應(yīng)達到下述要求：

　　(1)防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫。

　　(2)防止混凝土超冷，應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度。

　　(3)防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

　　(4)當然砼沉縮裂縫在大體積砼(特別是泵送大流態(tài)砼)施工中也是非常多的。主要原因是振搗不密實，沉實不足，或者骨料下沉，表層浮漿過多，砼澆筑后，沒有及時抹壓實(特別是初凝前的二次拌壓)，且表面覆蓋不及時，受風吹日曬，表面水份散失快，產(chǎn)生干縮，砼早期強度又低，不能抵抗這種變形而導(dǎo)致開裂。在施工中采用緩凝型泵送劑，延緩砼的凝結(jié)硬化速度，充分利用外加劑(特別是緩凝劑)的特性，適時增加抹加次數(shù)，消除表面裂縫(特別是沉縮裂縫和初期溫度裂縫)，特別是初凝前的抹壓，這對消除表面裂縫是非常有效的。

　　混凝土的早期養(yǎng)護，主要目的在于保持適宜的溫濕條件，以達到兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設(shè)計的強度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的?；炷系谋卮胧┏３Ｒ灿斜竦男Ч睦碚撋戏治?，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護的關(guān)鍵時期，在施工中應(yīng)切實重視起來。

　　四、結(jié)語

　　以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進行了理論和實踐上的初步探討，雖然學術(shù)界對于混凝土裂縫的成因和計算方法有不同的理論，但對于具體的預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一，同時在實踐中的應(yīng)用效果也是比較好的，具體施工中要靠我們多觀察、多比較，出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié)，結(jié)合多種預(yù)防處理措施，混凝土的裂縫是完全可以控制在充許的范圍內(nèi)。

　　五、謝辭

　　在本篇論文的完成中，首先感謝石鐵院材料系的各位老師在這幾年的教育下使我本身的理論知識有了很大的進步，最后感謝在本篇論文完成中對我有幫助的所有人。

　　參考文獻：

　　1 葉琳昌、沈義。大體積混凝土施工[M]。北京：中國建筑出版社，1987.

　　2 韓素芳主編。混凝土工程病害與修補加固。北京：海洋出版社，1996

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