浅议大体积混凝土施工技术
来源:用户上传
作者: 顾伟敏
摘 要 叙述大体积混凝土裂缝产生的原因,提出温度控制的控制措施,并结合工程实例,对防止大体积混凝土裂缝的主要施工操作工艺及具体的施工技术进行阐述,从而确保施工质量。
关键词大体积混凝土;混凝土裂缝;养护
中图分类号TU7文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0108-01
大体积混凝土是指混凝土结构实体厚度最小尺寸不小于1m,因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土,此类混凝土多见于高层和超高层建筑地下室、高层建筑大型整板基础。由于混凝土属于脆性材料,混凝土结构产生不同程度、不同形式的裂缝相当普遍,在某些情况下,裂缝会导致非常严重的后果,因此,研究大体积混凝土结构的裂缝控制具有重要的社会意义和经济意义。
1裂缝产生的主要原因及类型
产生裂缝的原因归纳起来主要有以下几个方面:①结构方面,结构长度较长、结构面积较大、约束变形过大和结构体系突变等;②材料方面,水泥品种用量、骨料性能、级配、含泥量、外加剂和掺合料选用等;③施工方面,混凝土浇筑、振捣、养护方法以及混凝土坍落度大小等;④环境方面,施工现场温度、湿度、风速等。
由于大体积混凝土的结构厚实,混凝土量大,在硬化期间,其内部水泥水化过程中所释放的水化热不易散发,使内部温度升高,混凝土的体积膨胀,而表面混凝土的散热条件好,温度不会升高,硬化时混凝土收缩,外界条件对混凝土又有约束作用,从而产生温度应力和收缩应力,这是导致大体积混凝土结构出现裂缝的主要因素。裂缝的类型主要有以下几种:
1)塑性收缩裂缝:混凝土在凝固前,表面多余水分快速蒸发导致表面塑性收缩裂缝,施工时风速越大收缩就越大,特别是在高空现浇混凝土及炎热季节阳光直射新浇混凝土表面时收缩较大。
2)温度裂缝:水泥水化热升温或外界短期大幅降温,导致混凝土结构内外温差很大,一般超过25℃以上时,引起温度应力,会导致裂缝出现,对大体积混凝土及大面积混凝土工程尤为不利。
3)塑性沉降裂缝:主要是混凝土配合比不良,一般是混凝土配合比设计中粗骨料级配不连续、数量不够、砂率及水灰比过大所造成的。
4)碱骨料破坏裂缝:水泥中的碱与粗骨料中的活性氧化硅起化学反应产生裂缝。
5)外加剂及掺合料选择不当导致收缩裂缝:选择适宜外加剂及掺合料可减少收缩,特别是早期收缩。
2大体积混凝土施工应采取的措施
随着高层建筑与大型设备基础的增多,大体积混凝土的应用也日益广泛。大体积混凝土断面大,水泥用量多,水泥水化后释放的水化热会使混凝土产生较大的温度应力和收缩应力,导致混凝土产生表面裂缝和贯穿裂缝,影响结构的整体性、耐久性和抗渗性。常用的措施如下:
1)降低水泥水化热:选用中低水化热的水泥,如矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥或粉煤灰水泥等。充分利用混凝土的后期强度,减少水泥用量,每立方混凝土每减少10kg水泥用量,混凝土水化温度将降低1℃。尽量选用粒径大且级配良好的粗集料,掺加粉煤灰等掺加料,掺减水剂。在不影响钢筋布置的情况下,掺入不超过总体积20%的大石块。在混凝土内部预埋冷却水管,通入循环冷却水带走热量。
2)降低混凝土入模温度:夏季砂石材料应避免阳光直射,并可喷涂水雾或冷气预冷;用低温或冰水搅拌混凝土。保证模内通风,加速模内热量散发;渗入缓凝型减水剂,避免水化热集中产生。
3)加强施工中温度控制:大体积混凝土浇筑后,要保温长期养护,缓慢降温避免混凝土内外温度、湿度梯度过大。加强测温控温,及时调整保湿养护措施,将混凝土内外温差控制在25℃以下。合理安排施工顺序,使浇筑的混凝土均匀上升,避免过大高差。
4)改善约束条件:分层分块浇筑,合理设置施工缝及后浇带,以放松约束条件并减少水化热的聚集。对大体积混凝土基础,可在与岩石地基或混凝土垫层之间设置滑动层,如刷沥青、铺卷材等,以消除嵌固作用,释放约束力。
5)提高混凝土的极限拉伸强度:选择良好级配的粗集料,严格控制砂石含泥量,可掺入适量的膨胀剂,振捣要密实。采用二次投料法加强早期养护。根据大体积混凝土形状,在易发生裂缝部位增配构造钢筋,承受收缩应力。
3工程实践
某大厦基础为满堂式大体积钢筋混凝土基础,基础底面呈长方形,东西向长38m,南北向长23m,底面积为932m2,厚度为3.8m,设计强度为C35,混凝土浇筑量共计约3500m3,为大体积混凝土。该工程基础混凝土总量多且厚度大,施工期间气温已经较高,因此必须选用适宜的施工方案、恰当的质量控制措施才能保证大体积混凝土不出现裂缝,从而最终确保工程质量。
3.1水化热温度预测
混凝土升温初期弹性模量低,基本处于塑性与弹塑性状态,约束应力很低,根据以往工程实践,此阶段一般在浇筑后的2d~3d内。当水化热温升至峰值后,热量散发速率大于发热速率,引起温度下降,降温阶段可延续10余天至30余天。混凝土降温阶段,弹性模量逐渐增加,约束拉应力也随时间增加,在某时刻如超过混凝土抗拉强度便出现贯穿性裂缝。现国内施工界普遍采用根据多年现场实测数据统计而成的经验公式,偏于安全地以截面中部最高温度降温曲线代替平均降温曲线,求解近似值。
标准水化热温升值T′。该工程测算的混凝土浇捣温度为Tj=25℃,根据大体积混凝土温度特征近似计算,混凝土绝对最高温度为:Tmax=W×P/C×R=48.3℃。
水化热最高温升值。经过计算,混凝土在第3天时内部温度值最高,修正后的混凝土内部水化热温升值T″=56.3℃,考虑混凝土入模温度为25℃,则混凝土中心最高温度达81.3℃。其最高温升值发生于浇灌后第3天白天时段,估计室外温度约在28℃,则混凝土中心温度峰值与表面大气温差约在53℃。因此,必须采取有力的温度控制措施才能使混凝土内部与表层的温度差及混凝土总体降温速率满足相应的要求。
3.2控制裂缝和工程质量的措施
埋设冷却水管,加快混凝土体内部散热。从混凝土的水化热温度预测结果可知,混凝土内部的最高温度接近80℃,而混凝土厚度又高达3m多,因此混凝土内部的热量如果靠自然散发将耗费非常长的时间。为了缩短工期,必须采取强制降温措施,即在混凝土内部排放冷却水管,通循环冷却水,以加快内部的散热速度、减小水化热升温,从而控制混凝土内外温差,防止因温差大产生裂缝。
控制混凝土的出机温度与入模温度。混凝土的入模温度降低,也就是在一定程度上降低混凝土内部温度值,对控制混凝土的内表温差有利。混凝土浇筑过程中,前后台加强联系,统一协调指挥,尽量减少混凝土装车、运输、下料的停滞时间,避免混凝土入模温度升高。
采取切实合理的施工工艺。混凝土浇筑顺序的安排,以薄层连续浇筑有利散热,不出现冷缝为原则。该工程采用分层踏步式推进的浇捣方法。采用两次振捣工艺,以提高混凝土密实度和抗拉强度,对大面积的板面要进行拍打振实,去除浮浆,实行两次抹面,以减少表面收缩裂缝。
加强混凝土的测温工作。测温的目的是通过观察混凝土内部温度的变化,可及时采取适当的措施进行混凝土温度控制。该工程采用预埋测温管件,用温度计直接测定大体积混凝土内部布点温度,测量误差在0.5℃以内。
加强混凝土蓄热保温的养护工作。混凝土浇捣后,在混凝土表面覆盖塑料膜一层,加盖两层草袋(或麻袋),并定期浇水养护,避免表面热量散发过快,缩小内外温差。根据测温情况,若仍需要加强保温效果,可相应增加覆盖物层数。模板必须在混凝土块体的最高温度下降到接近混凝土表面温度时方可拆除。由于采取了循环水混凝土体降温措施及有效的保温养护措施,最大温差控制在10℃之内。在揭除保温层后,未发现有害裂缝和表面裂缝,混凝土试块的试验数据也符合要求。混凝土浇捣结束后28d进行超声波仪探测也未发现混凝土内存在有害裂缝,这说明在该工程中采取的一系列措施是有效可行的。
4结语
通过多年的施工实践,大体积混凝土施工很好地控制了有害裂缝的产生,确保了工程质量,为上部结构正常施工奠定了基础,保证了混凝土温控指标在规定范围内加快施工进度,缩短了保温养护期。根据大体积混凝土特点,合理掺用高效减水剂,不仅提高了混凝土强度,而且节约了水泥,降低了成本。掌握了大体积混凝土内部温度变化规律,为进一步改进施工技术积累了资料。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-1070451.htm
