大体积混凝土结构的裂缝控制__墨水学术,论文发表,发表论文,职称

所属栏目：化工论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:161

副标题#e#[摘要]本文分析了大体积混凝土裂缝的原因，从设计、原材料的选择、施工过程中混凝土浇筑内部温度和温度应力的监测等环节及保温养护，采取了一系列的措施来控制混凝土的裂缝。
　　[关键词]大体积混凝土结构裂缝控制
　　所谓大体积混凝土，就是指混凝土结构实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会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。随着高层和超高层建筑物不断出现，此类混凝土日趋增多，强度等级也呈逐渐增高趋势，由于该类混凝土的结构尺寸较大，在施工过程中往往会发生裂缝。混凝土中产生裂缝有多种原因，如温度和湿度的变化，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，都能导致混凝土出现裂缝。但对大体积混凝土来说，内外温差过大，一般是导致混凝土出现裂缝的主要原因。混凝土和其他材料一样，会随着温度的变化而产生热胀冷缩变形，混凝土的温度膨胀系数为（0.3～1.3）×10-5/℃之间，一般取1.0×10-5/℃，即1m长的混凝土将产生0.01mm的膨胀或收缩。混凝土是热的不良导体，传热很慢，混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，一般可达40～50℃，有时最高温度超过90℃，从而导致混凝土内部的热胀大大超过混凝土表面的膨胀变形；后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，在表面引起较大拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10～1/20左右，由于原材料不均匀，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低的薄弱部位，易于出现裂缝。
　　因此，大体积混凝土结构的裂缝控制，是一个综合的控制，一般分为设计方面控制、原材料方面控制、施工方面控制等，本文将侧重于施工方面的控制。
　　一、    设计方面控制
　　1、合理的平面和立面设计，避免截面的突变，从而减小约束应力；
　　2、合理布置分布钢筋，尽量采用小直径、密间距；变截面处加强分布筋；
　　3、避免用高强混凝土，尽可能选用中低强度混凝土；采用60天或90天强度；
　　4、采用滑动层来减小基础的约束。
　　二、原材料方面的控制
　　1、应优先采用水化热低的水泥配制大体积混凝土，如矿渣硅酸盐水泥。
　　2、采用降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值，可以使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度控制的难度降低。
　　3、采用中、粗砂和5～31.5mm或5～40mm颗粒级配的石子，均要控制含泥量小于1．5％，因为含泥量过高，容易在混凝土凝结和气候干燥时产生不规则网状干裂缝，使混凝土的强度降低，尤其在大体积混凝土中极易产生贯穿性的裂缝。
　　4、合理选择掺合料及外加剂。当前用的掺合料主要是粉煤灰或矿粉，它们可以提高混凝土的和易性．大大改善混凝土工作性能和可靠性，同时可代替水泥，降低水化热。外加剂主要指减水剂、缓凝剂和膨胀剂。混凝土中掺入减水剂，不仅使混凝土工作性能有了明显的改善，同时又减少拌和用水，节约水泥，从而降低了水化热。若是泵送混凝土，同时在炎热的夏天，为了延缓凝结时间，要加缓凝剂，否则凝结时间过早，将影响混凝土的输送和浇筑面的粘结，易出现层间缝隙，使混凝土防水、抗裂和整体强度下降。为了防止混凝土的初始裂缝，可掺加膨胀剂，如UEA膨胀剂等。
　　三、施工方面的控制
　　在大体积混凝土施工前，应对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温度、温度应力及收缩力进行验算，确定施工阶段大体积混凝土浇#p#副标题#e#筑块体的升温峰值、内外温差及降温速度的控制指标，制定温控施工的技术措施。
　　1、    绝热温升的计算：
　　
　　Tmax—绝热温升（℃），是指在基础四周无任何散热条件、无任何热损耗的条件下，水泥与水化合后产生的反应热（水化热）全部转化为温升后的最高温度；
　　Q—水泥水化热（J/kg），用中低热矿渣硅酸盐水泥，其28天的水化热为334×103J/kg；
　　W—每立方米混凝土中水泥的实际用量（kg/m3），为了降低水化热，可利用60天的强度；
　　c—混凝土的比热，J/（kg•℃），一般为0.92～1.0×103J/（kg•℃）；
　　γ—混凝土的表观密度（kg/m3），一般在2400左右。
　　但是，实际结构都不是绝热的，在水化热升温的同时，就有散热发生。水化热升温直至峰值后，水化热能耗尽，继续散热便引起温度下降，随着时间逐渐衰减，延续十余天至三十余天。升温时间很短，大约在浇筑后的2～5天，此时，混凝土的弹性模量很低，基本上处于塑性及弹塑性状态，约束力很低；降温阶段，弹性模量迅速增加，约束拉应力也随时间增加，若超过混凝土的抗拉强度便出现贯穿性的裂缝。
　　2、内外温差的控制
　　通过采取各种措施，使得混凝土中心与外表面的最大温差不高于25℃～30℃，具体如下：
　　1）、严格控制混凝土入模温度
　　如果混凝土是在现场搅拌，现场的环境温度又较高，可在施工过程中对碎石洒水降温，自来水预先放入一定容量的地下蓄水池中降温，如还不满足，可在水中加入适量的冰块来降低水的温度。
　　2）、浇筑时控制
　　a、加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。
　　b、混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。
　　c、采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。
　　3）、加强混凝土的养护及测温工作
　　a、混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，保温养护是大体积混凝土施工的关键环节，其目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差值以降低混凝土块体的自约束应力；其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体的抗裂能力，同时，在养护过程中保持良好的湿度和抗风条件，使混凝土在良好的环境下养护。具体应使混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度满足温控指标的要求，保温养护的持续时间应根据温度应力加以控制、确定，保温覆盖层的拆除应分层逐步进行；在保温养护过程中，应保持混凝土表面的湿润。施工人员需根据事先确定的温控指标的要求，来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施，如采用蓄水法保温养护等。
　　b、混凝土的浇筑温度系指混凝土振捣后，位于混凝土上表面以下50-100mm深处的温度。应及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，可在混凝土内埋没若干个测温点，以便及时掌握混凝土的温度变化。大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置，以能真实反映出混凝土块体的内外温差、降温速度及环境温度为原则，一般可按下列方式布置：1、温度监测的布置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半条轴线为测温区(对长方体可取较短的对称轴线)，在测温区内温度测点呈平面布置；2、在测温区内，温度监测的位置可根据混凝土浇筑块体内温度场的分布情况及温控的要求确定；3、在基础平面半条对称轴线上，温度监测点的点位宜不少于4处；4、沿混凝土浇筑块体厚度方向，每一点位的测点数量，宜不少于5点；5、保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定；6、混凝土浇筑温度的测试每工作班(8h)应不少于2次，大体积混凝土浇筑块体内外温差、降温速度及环境温度的测试，每昼夜应不少于2次。7、混凝土浇筑块体底表面的温度，应以混凝土浇筑块体底表面以上50mm处的温度为准。
　　四#p#副标题#e#、结束语
　　大体积混凝土应避免采用高强度等级混凝土，根据相关资料显示，混凝土强度等级宜在C20～C35的范围内选用，并且根据工程特点，尽量利用混凝土的后期强度，如60天后强度，即允许工程在60天以后达到设计标号，这样就可以减少水泥用量，从而减少水化热和收缩，从而在源头上减少混凝土裂缝的产生。同时在施工时还应注意以下问题：
　　1、大体积混凝土养护过程中，不得采用强制、不均匀的降温措施，否则易使大体积混凝土产生裂缝；
　　2、在施工时，若采用钢模，在钢模外应采取保温措施；若用木模，则可以把木模作为保温材料考虑。但无论钢模还是木模，在拆除后，都应根据混凝土浇筑块体内部实际的温度场情况，按温控指标的要求采取必要的保温措施；
　　3、对标高在±0.000以下的部位，应及时回填土，±0.000以上的部位应及时加以覆盖，不宜长期暴露在风吹日晒的环境中；
　　4、在拆模后，应采取预防寒潮、突然降温和剧烈干燥等措施。
　　参考文献：
　　1、普通混凝土配合比设计规程（JGJ55－2000），中国建筑工业出版社，2001。
　　2、王铁梦.工程结构裂缝控制[M],北京：中国建筑工业出版社，2004。
　　3、符芳、刘巽伯.建筑材料[M],南京：东南大学出版社，2004。