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在大體積的混凝土受到高溫之后,遇到開(kāi)裂的主要問(wèn)題就是地下室容易滲水。地下室滲水的問(wèn)題不太容易解決??偸墙o使用者帶來(lái)很大問(wèn)題,會(huì)使得室內(nèi)潮濕霉腐等。在修補(bǔ)裂縫這項(xiàng)工作上,花費(fèi)總是很大,而且工期比較長(zhǎng),使用者往往難以承受長(zhǎng)期的不便。各種裂縫都有可能會(huì)引起剛度的降低,尤其是在基礎(chǔ)部分方面,很有可能會(huì)影響建筑物的安全穩(wěn)定?;炷翆?duì)于高溫的適應(yīng)能力并不高。因此需要混凝土能夠有著更多的適應(yīng)能力,對(duì)于建筑物的穩(wěn)定有著不容忽視的作用。因?yàn)橐坏┬纬闪芽p,長(zhǎng)期下去就會(huì)存在安全隱患。設(shè)計(jì)的分布狀態(tài)也會(huì)因此改變。能夠使局部或者整體結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的改變。我們必須要注意底結(jié)構(gòu)的承載能力,保證安全。在裂縫出現(xiàn)之后,往往會(huì)影響混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使得其他的輔助建材如鋼筋水泥等的強(qiáng)度降低,影響整體的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)。這樣,混凝土的耐用性就會(huì)大大降低。不論是對(duì)于結(jié)構(gòu)的使用壽命還是長(zhǎng)期的耐用程度都有著很不利的影響。所以,要在施工過(guò)程中進(jìn)行溫度的控制,采取溫度的適當(dāng)改變和計(jì)量,減少裂縫產(chǎn)生,這樣能夠保證工程質(zhì)量的安全和安穩(wěn),為長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮。
混凝土的溫度裂縫形成以及研究
在過(guò)去,對(duì)于大體積的混凝凝土形成的概念很多人都沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)。所以要想辦法防止混凝土開(kāi)裂的情況,就要采取相應(yīng)的溫度控制。在國(guó)際上,工程中都經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)有混凝土開(kāi)裂的情況,嚴(yán)重情況不一,但是都會(huì)非常影響工程。如果得不到補(bǔ)救措施,會(huì)帶來(lái)很多的麻煩,并且還會(huì)影響工程的質(zhì)量?,F(xiàn)在的建筑物設(shè)計(jì)越發(fā)高大精美。因此負(fù)荷也就越來(lái)越大。在各個(gè)層次上,社會(huì)的各個(gè)方面如交通、工程、建筑等都是用鋼筋混凝土。有些工程,特別是高層建筑中,經(jīng)常會(huì)使用筏板作為基礎(chǔ)。這樣的話,一點(diǎn)出現(xiàn)裂縫就會(huì)引起建筑物的非正常使用,導(dǎo)致滲水甚至更大的隱患,而地下水中的雜質(zhì)也會(huì)漸漸滲入影響材質(zhì)的剛度,會(huì)使得筏板的承受力一再降低。曾有某高層的建筑連續(xù)出現(xiàn)貫穿性的大裂縫。地下室滲水,重新澆筑則會(huì)費(fèi)很大的功夫,時(shí)間上會(huì)耽誤很久,并且要耗費(fèi)更多的材料。對(duì)于混凝土的重新澆灌有著格外嚴(yán)格的要求。各種建筑的規(guī)格都非常龐大,特別是高墩的橋梁尺寸更是要求更高。所以施工中的裂縫問(wèn)題就要被注意?;A(chǔ)的部位一定不能出現(xiàn)任何的裂縫?;A(chǔ)的部位一旦出現(xiàn)很多的裂痕,就會(huì)影響到日后的安全使用,橋梁的安全存在著很大的未知數(shù),所以這就可能會(huì)引起財(cái)產(chǎn)和生命的損失。
在實(shí)際的使用中,結(jié)構(gòu)物體可能會(huì)成受到外力的各種荷載。在承載不了荷載時(shí),就有裂縫出現(xiàn)的可能了。所以應(yīng)對(duì)荷載的能力和溫度的相關(guān)改變等原因都可能會(huì)造成混凝土的裂縫情況。體積混凝土的常見(jiàn)問(wèn)題主要是質(zhì)量問(wèn)題,內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫是非常復(fù)雜的。也是綜合性的?;炷翉臐仓酵度胧褂弥g可能會(huì)有很多原因引起裂縫。也就是說(shuō),可能是水泥的過(guò)熱引起的。水泥的使用面積往往有混凝土工程的大小來(lái)決定的。面積越大則適用的量就越多?;炷猎跐仓倪^(guò)程之中,水泥放出大量的熱。這就能夠造成混凝土的溫度升高,體積大則散熱的情況比較小些、聚集的內(nèi)部熱量不容易散發(fā)出來(lái)。在升高溫度的階段,混凝土的內(nèi)部溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)更高一些,所以,根據(jù)熱脹冷縮我們可以看出內(nèi)部中心的膨脹要快于表面。中心在約束膨脹,表面之間的點(diǎn)子則相互凝結(jié)。但是表面的拉力如果超過(guò)了極限,就會(huì)產(chǎn)生裂縫。水泥不斷散熱的過(guò)程中熱量都是不斷向外散發(fā)的。體積隨著溫度在慢慢脹大或者收縮?;炷恋谋砻婧椭行氖谴嬖谥鴾囟炔畹模虼?,就算升溫時(shí)是同步的,但是依然會(huì)出現(xiàn)裂縫。這種情況就是升降溫對(duì)于混凝土的影響?,F(xiàn)在的降溫收縮中,如果拉力比較大,就會(huì)引起下一次膨脹時(shí)的拉力,容易造成裂縫。
大體積混凝土溫度裂縫的控制措施
前面我們討論了很多關(guān)于混凝土裂縫的問(wèn)題,包括裂縫的現(xiàn)狀以及各種出現(xiàn)的原因。筆者認(rèn)為,根據(jù)原因來(lái)采取一定的控制是完全可能的。所以很多的工程之中都能夠給與混凝土一定的散熱時(shí)間。有的是幾天,有的是幾個(gè)月?;炷劣捎跍囟鹊淖兓?,拉應(yīng)力增長(zhǎng)速度是比較緩慢的。但是混凝土在硬化方面是比較容易的。
設(shè)計(jì)控制措施。(1)盡可能選用強(qiáng)度等級(jí)低的混凝土將后期的強(qiáng)度充分利用整合,在高層建筑不斷出現(xiàn)的當(dāng)下,混凝土的強(qiáng)度也就被要求更高。出現(xiàn)C40-C50等高強(qiáng)混凝土,設(shè)計(jì)強(qiáng)度過(guò)高,使用水泥的量是非常大的,而且建設(shè)工期十分冗長(zhǎng)緩慢?;炷恋脑琮g期,荷載遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)荷載值,可以利用混凝土的60d或god后期強(qiáng)度,這樣可以減少混凝土中的水泥用量,以降低混凝土澆筑塊體的溫度升高(2)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力分析和設(shè)計(jì)應(yīng)該在設(shè)計(jì)的時(shí)候充分考慮各方面的協(xié)調(diào)作用,比如溫度應(yīng)力的分析情況。將溫差最大的位置確定下來(lái),對(duì)溫度應(yīng)力和收縮力進(jìn)行驗(yàn)算,這也是充分的證據(jù),能夠作為參考的理論,同時(shí)為合理進(jìn)行分塊分層澆筑混凝土提供指導(dǎo)。(3)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和分縫分塊裂縫很多時(shí)候也和結(jié)構(gòu)形式方面有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。大體積混凝土的設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮這種情況所帶來(lái)的影響,尤其是寒冷少用薄壁結(jié)構(gòu),因?yàn)楸”诮Y(jié)構(gòu)很敏感,溫度變化會(huì)影響到它的正常穩(wěn)定。
施工控制措施。再配合比例上要適度,能夠?qū)⒉煌牟牧献顑?yōu)化配置,強(qiáng)度上面則根據(jù)原材料、優(yōu)化混凝土配合來(lái)決定。絕熱溫升較小、抗拉強(qiáng)度較大、極限拉伸變形能力較大、線膨脹系數(shù)較小這些都是混凝土的特征,需要合理分配。
監(jiān)測(cè)措施大體積混凝土溫度控制的測(cè)試內(nèi)容
混凝土絕熱溫升的測(cè)試。間接法和直接法是混凝土絕熱溫升的測(cè)試的關(guān)鍵兩種方法。間接法是來(lái)計(jì)算混凝土絕熱溫升,用水泥的水化熱、混凝土比熱、水泥用量、混凝土密度。直接法是用混凝土絕熱溫升實(shí)驗(yàn)儀直接測(cè)定混凝土絕熱溫升。直接法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確,但是實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)過(guò)程比較復(fù)雜,這種情況一般都是大型的工程才會(huì)用到。其中的一種方法一般就可以滿足正常的要求了。
混凝土澆筑溫度的監(jiān)測(cè)。在混凝土的澆制監(jiān)測(cè)情況下,要注意溫度不能夠過(guò)于超標(biāo),以便控制混凝土澆筑后的溫度升高峰值。同時(shí)也包括對(duì)混凝土攪拌、運(yùn)輸過(guò)程中溫度的監(jiān)測(cè)和混凝土原材料溫度的監(jiān)測(cè)。
論文摘要:在大體積混凝土中,溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而,不管采取什么措施,大體積混凝土都會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫,不僅影響美觀,而且可能會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。本文扼要敘述了溫控設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)及溫度裂縫產(chǎn)生的原因。概述了提高大體積混凝土抗裂能力的主要因素及一些防裂措施。
一、前言
隨著我國(guó)建筑行業(yè)施工技術(shù)的不斷提高,大體積混凝土技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程項(xiàng)目中,大體積混凝土壩的裂縫及其防治一直水水電工程界十分關(guān)注的重大技術(shù)問(wèn)題,研究溫度控制及防裂措施具有十分重要的意義。
二、溫度控制要點(diǎn)和溫度裂縫產(chǎn)生原因
大體積混凝土如混凝土壩的溫度控制是混凝土壩設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題,對(duì)于保證混凝土壩工程的質(zhì)量、加快施工進(jìn)度等方面,起到關(guān)鍵性作用。在混凝土溫度控制設(shè)計(jì)中,一般以基礎(chǔ)溫差的設(shè)計(jì)為重點(diǎn),以單獨(dú)澆注塊的溫度應(yīng)力為理論基礎(chǔ),在限制應(yīng)力或應(yīng)變的條件下估算允許溫差。實(shí)踐表明,澆注塊的分塊尺寸越小,應(yīng)力越小,基礎(chǔ)允許溫差就越大。
混凝土標(biāo)號(hào)高,防裂能力強(qiáng),但因水泥用量增加,故水化熱溫升也較高,從而使?jié)仓K早期約束應(yīng)力較大,后期冷卻約束拉應(yīng)力也較大。澆筑層厚度對(duì)水化熱溫升有直接的影響,薄層澆筑水化熱溫升較低,冷卻后約束應(yīng)力較小。一般澆筑塊高度超過(guò)4.5m時(shí),大壩內(nèi)部混凝土基本上處于不散熱的絕熱狀態(tài)。
對(duì)大壩混凝土的溫度控制,最關(guān)鍵的是要掌握混凝土的溫度變化規(guī)律和將溫度應(yīng)力控制在混凝土的允許范圍內(nèi)。在施工過(guò)程中,混凝土溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的變化過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的。在設(shè)計(jì)計(jì)算中,需要模擬實(shí)際施工過(guò)程,考慮各種復(fù)雜因素,如混凝土的彈性模量、線脹系數(shù)、徐變、抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值、熱力學(xué)指標(biāo)、溫度、荷載、自生體積變形等。
大體積混凝土結(jié)構(gòu),澆注后水泥的水化熱很大,由于混凝土體積大,聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā),混凝土的內(nèi)部溫度將顯著升高,而混凝土表面則散熱較快,這樣形成較大的溫度梯度,引起較大的表面拉應(yīng)力而超過(guò)混凝土極限抗壓強(qiáng)度,就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。這種裂縫多發(fā)生在混凝土澆注后的升溫階段。如果此時(shí)混凝土表面不能保持潮濕的養(yǎng)護(hù)環(huán)境,則混凝土表面由于水分蒸發(fā)較快而使初期的混凝土產(chǎn)生干縮,加劇裂縫的產(chǎn)生。這是混凝土澆注后由于溫升產(chǎn)生的第一種裂縫。
由于溫升影響產(chǎn)生的第二種裂縫是收縮裂縫。這種裂縫產(chǎn)生在混凝土的溫降階段,即當(dāng)混凝土降溫時(shí),由于逐漸散熱而產(chǎn)生收縮,再加上混凝土硬化過(guò)程中,由于混凝土內(nèi)部拌和水的水化和蒸發(fā),以及膠質(zhì)體的膠凝等作用,促使混凝土硬化時(shí)收縮。這兩種收縮,在收縮時(shí)由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束,會(huì)產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力,如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過(guò)當(dāng)時(shí)的混凝土極限拉升強(qiáng)度,就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫,這種裂縫有時(shí)會(huì)貫穿全斷面,成為結(jié)構(gòu)性裂縫,帶來(lái)嚴(yán)重的危害。
三、防止混凝土裂縫的傳統(tǒng)技術(shù)措施
為了防止產(chǎn)生危害性的裂縫,必須采取一系列技術(shù)措施包括合理選擇混凝土原材料,嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,嚴(yán)格控制混凝土溫度,選擇合理的分縫分塊和結(jié)構(gòu)形式等。
(一)水泥水化熱溫度
1、選用低熱或中熱水泥(如礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥或粉煤灰水泥)配制混凝土。
2、使用粗骨料:滲加粉煤灰等滲和料、或滲加減水劑,改善和易性,降低水灰比,控制塌落度,減少水泥用量,降低水化熱量。
3、利用混凝土后期(90天、180天)強(qiáng)度,降低水泥用量。
4、在基礎(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管,通入循環(huán)冷卻水,降低混凝土水化熱溫度。
5、在厚大無(wú)筋或稀筋的厚大混凝土中,摻加20%以下的塊石吸熱,并節(jié)省混凝土。
(二)降低混凝土澆灌入模溫度
1、避開(kāi)熱天選擇較低溫季節(jié)澆筑混凝土:對(duì)現(xiàn)澆量不大的塊體,安排在下午3時(shí)以后或夜間澆筑。
2、夏季采用低溫水或冰水拌制混凝土,對(duì)骨料噴冷水霧或冷氣進(jìn)行預(yù)冷,或?qū)橇线M(jìn)行護(hù)蓋或設(shè)置遮陽(yáng)裝置,運(yùn)輸工具加蓋防止日曬,降低混凝土拌和物溫度。
3、摻加緩凝型減水劑。采取薄層澆灌,每層厚20~30cm,減緩澆筑強(qiáng)度,利用澆筑面散熱。
4、在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)通風(fēng)和加強(qiáng)通風(fēng)加速熱量散發(fā)。
三峽工程針對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)的混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn),各個(gè)環(huán)節(jié)均采取了有力、有效的溫控措施。如對(duì)混凝土用量最大的原材料——粗骨料采取兩次預(yù)冷,即在進(jìn)拌和樓前,在料倉(cāng)內(nèi)吹冷風(fēng)進(jìn)行一次風(fēng)冷;進(jìn)拌和樓后,又在貯罐內(nèi)進(jìn)行二次風(fēng)冷,使各級(jí)骨料平均溫度達(dá)到零下1~6℃。拌和時(shí),加冷制水摻片冰拌和,用以控制混凝土的澆筑溫度。在壩體內(nèi)散布安裝冷卻水管,混凝土澆筑后即開(kāi)始通冷卻水,用以控制壩體最高溫度,并使壩體提前達(dá)到穩(wěn)定溫度。
(三)提高混凝土極限拉伸強(qiáng)度
1、選擇良好級(jí)配的粗骨料,嚴(yán)格控制其含泥量,加強(qiáng)混凝土振搗,提高混凝土的密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度,減少收縮,保證施工質(zhì)量。
2、采取二次投料法,二次振搗法,澆筑后及時(shí)排除表面泌水,以提高混凝土強(qiáng)度。
3、在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋,在基礎(chǔ)突然變化、轉(zhuǎn)折部位,底板與墻轉(zhuǎn)折處、孔洞轉(zhuǎn)角及周邊部位,增加斜向構(gòu)造配筋,以改善應(yīng)力集中。
4、在基礎(chǔ)與墻、地坑等接縫部位,適當(dāng)增大配筋率,設(shè)暗梁,以減輕邊緣效應(yīng),提高抗拉伸強(qiáng)度,控制混凝土裂縫開(kāi)展。
5、加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù),提高早期相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和彈性模量。
四、防裂新技術(shù)
近30年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累,通過(guò)多種途徑,采取綜合性措施來(lái)解決大壩混凝土的抗裂問(wèn)題。其中氧化鎂新材料和MgO水泥混凝土筑壩新技術(shù)的出現(xiàn),打破了人們的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí),提出了筑壩新理論和筑壩新技術(shù)。據(jù)此,既可實(shí)現(xiàn)快速施工又大大拓寬和完善了水工混凝土筑壩防裂技術(shù)。實(shí)踐證明,MgO混凝土筑壩技術(shù)是大體積混凝土施工的革命,是國(guó)內(nèi)外筑壩技術(shù)的重大創(chuàng)新和突破。
采用MgO混凝土筑壩防裂原理是:在后天內(nèi)中摻入適量的特制的輕燒MgO,利用MgO水化所釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,使混凝土產(chǎn)生自生體積膨脹,抵消其在溫降過(guò)程中的體積收縮;也就是利用其獨(dú)特的具有延遲性的、不可逆變形及長(zhǎng)期穩(wěn)定的微膨脹性能來(lái)補(bǔ)償大壩混凝土在溫降時(shí)的體積收縮和溫度變形。更確切地說(shuō),就是利用MgO混凝土的限制膨脹來(lái)補(bǔ)償混凝土的限制收縮,達(dá)到防裂目的。若輔以其它適當(dāng)?shù)木C合性措施,可以取代傳統(tǒng)的溫控措施,如混凝土拱壩需分橫縫,柱狀、薄層、長(zhǎng)間歇澆筑,預(yù)埋冷卻水管冷卻,封縫灌漿等施工工藝,實(shí)施通倉(cāng)連續(xù)施工,大大加快了筑壩速度,從而實(shí)現(xiàn)了工程界長(zhǎng)期希望達(dá)到的快速施工的目標(biāo)。其防裂理論的基本特征是:把傳統(tǒng)的通過(guò)預(yù)冷來(lái)降低和控制混凝土筑壩溫度的辦法,改為調(diào)節(jié)后天控制大壩混凝土的體積變形,達(dá)到大壩防裂的目的。
這項(xiàng)筑壩防裂新技術(shù)從1990年初開(kāi)始,已先后在我國(guó)大中型水利水電工程中得到成功應(yīng)用,其中包括常規(guī)混凝土和碾壓混凝土重力壩(拱壩),碾壓混凝土壩周邊及上游防滲體、基礎(chǔ)墊層墊座、基礎(chǔ)深槽、填塘封洞、導(dǎo)流洞封堵、閘壩工程、廠壩連接及導(dǎo)流底孔、壓力鋼管外圍回填等不同工程部位都應(yīng)用了外摻MgO混凝土筑壩防裂新技術(shù),并且都取得了成功和達(dá)到了預(yù)期效果。
2.無(wú)害裂縫與有害裂縫的區(qū)分
水泥砼裂縫是混凝土的一種常見(jiàn)病和多發(fā)病。病情絕大多數(shù)發(fā)生于施工階段,其原因復(fù)雜多變,從裂縫外觀可分成微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類(lèi)。
微觀裂縫是指肉眼看不到的、水泥砼內(nèi)部固有的一種裂縫,它是不連貫的。寬度一般在0.05mm以下,但是要比肉眼可見(jiàn)的即宏觀裂縫多得多。這種水泥砼本身固有的微觀裂縫,在荷載不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的條件下,一般視為無(wú)害。用實(shí)體顯微鏡觀察、X射線或超聲波探測(cè)儀等物理檢驗(yàn)手段都可鑒定出這種裂縫。另外一種最直接的方法就是用滲水觀察,一定壓力的水可以從水泥砼內(nèi)部的裂縫中滲透出來(lái)。
宏觀裂縫寬度在0.05mm以上,并且認(rèn)為寬度(最終寬度,即裂縫不再擴(kuò)展的寬度)小于0.2~0.3mm的裂縫是無(wú)害的;繼續(xù)發(fā)展可能會(huì)影響到結(jié)構(gòu)性能、使用功能和耐久性的裂縫稱(chēng)為有害裂縫。本文中的裂縫指有害裂縫。
3.有害裂縫的區(qū)分有害裂縫按照成因可分為以下幾種:
3.1收縮裂縫。在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起水泥砼收縮而產(chǎn)生的裂縫。多為規(guī)則的條狀,很少交叉。常發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處,往往與受力鋼筋平行。收縮裂縫多發(fā)生在大體積水泥砼中,梁、板、柱等小塊體構(gòu)件,特別是預(yù)應(yīng)力構(gòu)件極少產(chǎn)生收縮裂縫。水泥砼收縮裂縫危害較大,尤其是暴露在大氣中的構(gòu)筑物,影響更大。如不加以防止,可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。
3.2超載裂縫。水泥砼構(gòu)件超荷載使用時(shí),造成變形、失穩(wěn)或因疲勞等原因產(chǎn)生裂縫。一般均發(fā)生在構(gòu)件受彎矩最大的部位,成條狀,但分布不象收縮裂縫那樣均勻,擴(kuò)展方向也相反,一般沿受力鋼筋垂直方向或斜向發(fā)展。產(chǎn)生超載裂縫的原因,往往是施工階段在構(gòu)件上不適當(dāng)?shù)厥┘邮┕ず奢d或者是上部建筑過(guò)早施工。另外,溫度應(yīng)力影響也是原因之一。
3.3沉降裂縫。因地基差異沉降或構(gòu)件接合不良、剪應(yīng)力超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種水泥砼裂縫,多見(jiàn)于填土地基、樁基沉降不均勻的各種基礎(chǔ)與墻體。這種裂縫一般與地面垂直,或成30°~40°角方向發(fā)展,寬度因荷載大小而異,與沉降值成比例。沉降裂縫危害極大,并且極難處理。因此必須在設(shè)計(jì)上采取有效措施,施工、使用中也要加強(qiáng)觀測(cè)、監(jiān)視。
3.4龜裂裂縫施工階段因配料、攪拌、澆筑、養(yǎng)護(hù)等各環(huán)節(jié)的操作不當(dāng)均能產(chǎn)生,其中以養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)為關(guān)鍵。裂縫成龜殼狀或散射狀,無(wú)規(guī)律,長(zhǎng)度、寬度也不一致。
3.5疏松裂縫。水泥砼澆筑時(shí)因下料不均,致使水泥砼材料離析,或因漏振、過(guò)振而產(chǎn)生的疏松狀態(tài)裂縫。如果它延續(xù)到水泥砼表面,則容易發(fā)現(xiàn),如果只產(chǎn)生在水泥砼內(nèi)部,則不能直接表現(xiàn)出來(lái)。這種疏松帶長(zhǎng)度不等,視下料或振搗情況而異。
4.砼有害裂縫的成因
4.1與設(shè)計(jì)方面有關(guān)的裂縫。(1)超過(guò)設(shè)計(jì)荷載范圍和未考慮到的。(2)設(shè)計(jì)的構(gòu)件截面不足、鋼筋用量不足、配置位置不當(dāng)。(3)建筑結(jié)構(gòu)沉降差異、地震、風(fēng)力考慮不周。(4)溫度應(yīng)力和砼收縮應(yīng)力,估計(jì)不足。
4.2與環(huán)境條件有關(guān)的裂縫。(1)環(huán)境溫度和濕度的變化。(2)各結(jié)構(gòu)、構(gòu)件區(qū)域溫度差異過(guò)大、凍融、凍脹不一致。(3)內(nèi)部鋼筋銹蝕、火災(zāi)時(shí)表面遭受高溫。(4)酸堿、鹽類(lèi)化學(xué)侵蝕,沖擊、振動(dòng)等影響。
4.3與各種材料性質(zhì)和配合比有關(guān)的裂縫。(1)水泥的非正常凝結(jié)(受潮水泥和水泥溫度過(guò)高)。(2)水泥的非正常膨脹、氧化鎂、氧化鈣過(guò)高,含堿量過(guò)高。(3)水泥的水化熱不正常。(4)骨料含泥量過(guò)大,級(jí)配不良。(5)使用堿活性骨料和風(fēng)化巖石及砼自身收縮。(6)混凝土配比不當(dāng)(水泥用量過(guò)大、水灰比過(guò)大、用水量大、水膠比大、砂率過(guò)大)。(7)選用水泥品種不當(dāng),外加劑不當(dāng)和匹配不當(dāng),外加劑摻量過(guò)大。
4.4與施工有關(guān)的裂縫。(1)拌和不均勻,攪拌時(shí)間不足或過(guò)長(zhǎng),拌和后澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng),泵送時(shí)增加了用水量和水泥用量。(2)澆筑順序有誤、澆筑不均勻、振動(dòng)趕漿、鋼筋過(guò)密。(3)搗實(shí)不良、坍落度過(guò)大、粗骨料下沉、泌水、砼表面強(qiáng)度過(guò)低就進(jìn)行下一道工序施工、連續(xù)澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、接茬處理不當(dāng)。(4)鋼筋搭接錨固不良、鋼筋預(yù)埋件擾動(dòng)和鋼筋保護(hù)層不夠。(5)模板變形、漏漿、滲水、剛度不夠、下沉、過(guò)早拆除和拆除不當(dāng)。(6)砼硬化前、遭受擾動(dòng)或承受荷載。(7)養(yǎng)護(hù)條件不到位和養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或時(shí)間過(guò)短。(8)養(yǎng)護(hù)之前遭受急劇干燥(日曬、大風(fēng)、凍害)。(9)砼表面抹壓不及時(shí)和抹壓時(shí)間不當(dāng)。(10)大體積砼內(nèi)部溫度與表面溫度、環(huán)境溫度差異過(guò)大。
5.本工程對(duì)有害裂縫的控制方法按照本工程的特點(diǎn),我們通過(guò)重點(diǎn)控制以下幾項(xiàng)措施,最大限度的減少胸墻砼有害裂縫。
5.1設(shè)計(jì)。(1)配筋設(shè)計(jì)時(shí),改變傳統(tǒng)的深梁式理論,采用全新的實(shí)體元理論;從而改變了以往工程中只在軌道梁下方配筋的方式,在胸墻整個(gè)斷面大范圍配筋,從而整個(gè)增強(qiáng)了胸墻的整體性。(2)每個(gè)沉箱上方設(shè)置兩段胸墻,設(shè)計(jì)長(zhǎng)度由24.03m/段改為12.015m/段,從而減少了每段胸墻的體積。
6.2環(huán)境。(1)砼澆注前,聽(tīng)取天氣預(yù)報(bào),雨雪天、大風(fēng)天不施工。(2)砼澆注前,使用淡水沖刷底面。(3)砼澆注前,使用鋼絲刷對(duì)下層鋼筋除銹,防止內(nèi)部鋼筋銹蝕。
6.3原材料和配合比。(1)砂石料進(jìn)場(chǎng)前必須經(jīng)過(guò)砼供應(yīng)商和施工方兩級(jí)檢驗(yàn),各項(xiàng)指標(biāo)合格后方可進(jìn)場(chǎng)使用。(2)比較選擇水化熱較低且性能較穩(wěn)定的普通硅酸鹽水泥水泥。本工程通過(guò)比對(duì)實(shí)驗(yàn),確定采用三菱水泥。(3)適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間,使內(nèi)部的熱量在混凝土凝結(jié)之前較多的散出;降低了混凝土凝結(jié)后內(nèi)部水化熱峰值,減小混凝土的內(nèi)外溫差。(4)配合比依據(jù)《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》(JTJ268-96)和《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ269-96)進(jìn)行設(shè)計(jì),配合比設(shè)計(jì)采用三級(jí)配,設(shè)計(jì)坍落度80~100mm。
5.4施工
5.4.1砼澆注。澆筑時(shí)控制落灰高度不大于2米、均勻下灰人工平倉(cāng),避免粗骨料堆積。采用插入式振搗棒分層振搗,操作時(shí)快插慢拔,振點(diǎn)呈梅花形均勻排列,每一振點(diǎn)振至表面不再翻漿為止,振搗順序?yàn)閺哪0逄庨_(kāi)始,先外后內(nèi),移動(dòng)間距不大于25cm,分層振搗時(shí)應(yīng)插到下層砼中不低于5cm,不得漏振、過(guò)振。并且在砼澆筑過(guò)程中,安排專(zhuān)人經(jīng)常檢查模板支立的穩(wěn)固性。嚴(yán)格控制坍落度,每次澆注時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坍落度,控制在80mm~100mm,若發(fā)現(xiàn)坍落度過(guò)大現(xiàn)象,則在規(guī)范允許范圍內(nèi)適量減水。頂層胸墻澆注前,先用淡水潤(rùn)濕底層砼表面,以利于上下層砼更好的結(jié)合。砼澆注完成后,將上部因振倒產(chǎn)生的浮漿刮除、清理干凈。
5.4.2分層澆注。為保證前沿線順直,標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求,胸墻分兩層澆注。頂層胸墻澆注前,底層胸墻頂面必須進(jìn)行鑿毛處理,鑿毛時(shí)間選擇在砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度30%以后進(jìn)行,全部采用人工進(jìn)行,以露出1/3石子為宜。圖2加強(qiáng)沉降位移觀測(cè),在底層胸墻相對(duì)穩(wěn)定時(shí)及時(shí)澆注頂層胸墻,以減少兩層胸墻澆注的間隔時(shí)間。
5.4.3面層砼摻加聚丙烯網(wǎng)狀纖維。胸墻頂面300mm厚范圍內(nèi)設(shè)置分散狀聚丙烯纖維,纖維直徑為18μ,纖維長(zhǎng)度為12mm,纖維數(shù)量為3億根/Kg,抗拉強(qiáng)度為300MPa,用量為0.6Kg/m3。聚丙烯網(wǎng)狀纖維是以聚丙烯為原材料,通過(guò)特殊工藝制造而成的。其外觀為多根纖維單絲相互交連而成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)聚丙烯網(wǎng)狀纖維投入到混凝土后,在混凝土攪拌過(guò)程中,纖維單絲間的橫向連結(jié)經(jīng)混凝土自身的揉搓和摩擦作用而破壞,形成纖維單絲或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)充分張開(kāi),從而使砼更好的連結(jié)。圖3同鋼纖維相比,聚丙烯網(wǎng)狀纖維在充分分散后獲得的聚丙烯纖維單絲具有細(xì)度大、數(shù)量多的顯著優(yōu)勢(shì),加之聚丙烯纖維自身所具備的不吸水、抗酸堿能力強(qiáng)和彈性模量與混凝土相當(dāng)?shù)忍匦?,能明顯抑制或減少因混凝土塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的裂縫。
5.4.4預(yù)埋鐵件周?chē)壴?xì)鋼筋。按照以往經(jīng)驗(yàn),預(yù)埋鐵件四角易出現(xiàn)45°應(yīng)力裂縫。本工程中,所有預(yù)埋鐵件四周均綁扎埋設(shè)8鋼筋扎成的鋼筋網(wǎng)片,網(wǎng)片分上下兩層埋置。
5.4.5養(yǎng)護(hù)。胸墻砼澆注完畢后,清理掉頂面的浮漿,終凝后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù);頂面及前后墻均覆蓋土工布并保持濕潤(rùn)。按照規(guī)范要求,養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天,并有完整的養(yǎng)護(hù)記錄。
6.防治效果通過(guò)對(duì)裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行深入的分析,有針對(duì)性的采取了治理措施,目前為止,本工程胸墻頂面及墻面未發(fā)現(xiàn)有害裂縫。
7.體會(huì)
7.1正確區(qū)分無(wú)害裂縫和有害裂縫,對(duì)指導(dǎo)工程施工具有重要意義。
7.2嚴(yán)格按照規(guī)范要求控制各工序,對(duì)于防治質(zhì)量通病有重要作用。
8.3科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展(如本工程摻加的聚丙烯纖維),能夠?qū)|(zhì)量通病的防治帶來(lái)積極影響。
在大體積混凝土中,溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因。首先,在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫,影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。其次,在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫,因此本文僅對(duì)施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做一探討。
1裂縫的原因
混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因,主要是溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結(jié)構(gòu)不合理,原材料不合格(如堿骨料反應(yīng)),模板變形,基礎(chǔ)不均勻沉降等。
混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過(guò)程中,由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束,又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí),即會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕,表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束,也往往導(dǎo)致裂縫?;炷潦且环N脆性材料,抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右,短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有(0.6~1.0)×104,長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限位伸變形也只有(1.2~2.0)×104.由于原材料不均勻,水灰比不穩(wěn)定,及運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的離析現(xiàn)象,在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低,易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān),混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力,則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度,往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過(guò)其它外荷載所引起的應(yīng)力,因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。
2溫度應(yīng)力的分析
根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過(guò)程可分為以下三個(gè)階段:
(1)早期:自澆筑混凝土開(kāi)始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化,這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。
(2)中期:自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止,這個(gè)時(shí)期中,溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加,在此期間混凝上的彈性模量變化不大。
(3)晚期:混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。
根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類(lèi):
(1)自生應(yīng)力:邊界上沒(méi)有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu),如果內(nèi)部溫度是非線性分布的,由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如,橋梁墩身,結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大,混凝土冷卻時(shí)表面溫度低,內(nèi)部溫度高,在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力,在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。
(2)約束應(yīng)力:結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。
這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。
要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下,需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。混凝土的徐變使溫度應(yīng)力有相當(dāng)大的松馳,計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí),必須考慮徐變的影響,具體計(jì)算這里就不再細(xì)述。
3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(gè)方面著手。
控制溫度的措施如下:
(1)采用改善骨料級(jí)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?xí)r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?xí)r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(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)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(zhǎng)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(guò)大起伏;
(3)合理的安排施工工序,避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露;
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),防止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)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(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)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(dāng)大的拉應(yīng)力,此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高,此時(shí)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(dá)到很大的數(shù)值,就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn),但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海棉等,對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力,具有顯著的效果。
加筋對(duì)大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小,因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低。只是對(duì)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(xiàng)性能是穩(wěn)定的,而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無(wú)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(shí)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(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開(kāi)裂時(shí),鋼筋的應(yīng)力將不超過(guò)100~200kg/cm2..因此,在混凝土中想要利用鋼筋來(lái)防止細(xì)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(xì)而間距密時(shí),對(duì)提高混凝土抗裂性的效果較好。混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)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(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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(kāi)裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開(kāi)裂的措施之一。例如使用減水防裂劑,筆者在實(shí)踐中總結(jié)出其主要作用為:
(1)混凝土中存在大量毛細(xì)孔道,水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力,但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。這個(gè)表面張力理論早在六十年代就已被國(guó)際上所確認(rèn)。
(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(qiáng)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(lái)補(bǔ)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(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強(qiáng)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(shí)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(shí)間適當(dāng),在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上,避免因水泥長(zhǎng)期不凝而帶來(lái)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?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會(huì)更加簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)。
4混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
實(shí)踐證明,混凝土常見(jiàn)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(shuō)混凝土的保溫對(duì)防止表面早期裂縫尤其重要。
從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā),保溫應(yīng)達(dá)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(guò)冷,以減少新老混凝土間的約束。
混凝土的早期養(yǎng)護(hù),主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達(dá)到兩個(gè)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(jìn)行,以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)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?/p>
從理論上分析,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(hù)的關(guān)鍵時(shí)期,在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來(lái)。
論文摘要:變形作用會(huì)引起工程結(jié)構(gòu)中混凝土裂縫以及其他一些問(wèn)題。文章憑借在大量的施工中積累的處理裂縫的經(jīng)驗(yàn)以及堅(jiān)實(shí)的理論研究,提出了建筑工程結(jié)構(gòu)中混凝土裂縫原因及預(yù)防措施。
混凝土結(jié)構(gòu)的施工,需要在模板及其支架的支護(hù)下進(jìn)行,由于種種不良因素對(duì)這兩種不同系統(tǒng)的作用,常常誘發(fā)施工期混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故。目前,在工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中一個(gè)相當(dāng)普遍的問(wèn)題是建筑裂縫,并且近年來(lái)日趨增強(qiáng),它已影響到生產(chǎn)和生活,并困擾著大批工程技術(shù)人員和管理人員,是迫切需要解決的技術(shù)難題。
混凝土工程裂縫影響工程質(zhì)量的主要因素。裂縫產(chǎn)生的原因主要是變形作用,如溫度變形、收縮變形、基礎(chǔ)不均勻沉降變形等多因素,統(tǒng)稱(chēng)為變形作用引起的裂縫問(wèn)題。對(duì)于變形作用引起混凝土裂縫研究還很不成熟,國(guó)家缺乏相關(guān)規(guī)范及規(guī)程,它涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、地基基礎(chǔ)、施工技術(shù)、材料質(zhì)量、環(huán)境狀態(tài)等諸多因素,特別是泵送混凝土施工工藝的發(fā)展,使得混凝土裂縫控制的技術(shù)難度大大增加。
一、混凝土裂縫預(yù)防措施
(一)結(jié)構(gòu)方面
根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程,為避免結(jié)構(gòu)由于溫度收縮應(yīng)力引起的開(kāi)裂,采取永久式伸縮的方法,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,引起結(jié)構(gòu)裂縫的原因是綜合性的,結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度是影響收縮應(yīng)力綜合因素之一,而不是惟一的因素。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),混凝土裂縫分為有害的及無(wú)害的兩類(lèi)。有害與無(wú)害的界限由使用功能而定。施工單位應(yīng)當(dāng)采取必要的設(shè)計(jì)及施工措施,以控制有害裂縫的產(chǎn)生。由于估計(jì)不足等因素,即使出現(xiàn)少量有害裂縫,也要通過(guò)化學(xué)灌漿處理,使其滿足設(shè)計(jì)使用要求。結(jié)構(gòu)所受到的外部作用分為外荷載,可看作是第一類(lèi)荷載;具有十分重要的外部作用是變形作用,即第二類(lèi)荷載為間接荷載。變形作用包括溫度、濕度、地基不均勻沉降,在該作用下,結(jié)構(gòu)的抗力取決于混凝土的抗拉性能,即抗拉強(qiáng)度和抗拉變形。
(二)施工方面
由施工單位委托攪拌站向現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)商品混凝土?xí)r,委托的技術(shù)依據(jù)只有設(shè)計(jì)院確定的強(qiáng)度等級(jí),卻忽略了工程特點(diǎn)對(duì)大體積混凝土性能的要求,這樣對(duì)控制混凝土裂縫是不利的。施工單位應(yīng)在混凝土澆筑部門(mén)對(duì)混凝澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)及坍落度控制做出技術(shù)方案,并嚴(yán)格執(zhí)行,特別是對(duì)坍落度的控制更應(yīng)得到攪拌站的同意。施工新澆筑混凝土養(yǎng)護(hù)方法有:(1)潮濕養(yǎng)護(hù);(2)養(yǎng)護(hù)劑涂層;(3)自動(dòng)給水養(yǎng)護(hù);(4)保濕養(yǎng)護(hù);(5)防風(fēng);(6)實(shí)現(xiàn)信息化施工養(yǎng)護(hù);(7)盡快回填。
(三)混凝土材質(zhì)方面
泵送商品混凝土對(duì)原材料供應(yīng)有很高的技術(shù)要求。由于泵送混凝土的流動(dòng)性要求與抗裂的要求相互矛盾,所以應(yīng)當(dāng)選取在滿足泵送的坍落度下限條件下盡可能降低水灰比。目前國(guó)內(nèi)攪拌站對(duì)砂石骨料的含水控制波動(dòng)很大,影響了混凝土的水灰比。利用較精確的含水率測(cè)定儀或傳感器,測(cè)出配料過(guò)程中的含水率,進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理,自動(dòng)調(diào)整配料的水灰比,對(duì)于控制混凝土的收縮和提高抗裂是必要的。
砂石的含泥量對(duì)混凝土的抗拉強(qiáng)度與收縮影響很大。我國(guó)對(duì)含泥量的規(guī)定比較寬,但現(xiàn)在實(shí)際施工中還經(jīng)常超標(biāo)。有的攪拌站,雖然檢驗(yàn)資料是合格的,但在澆搗中發(fā)現(xiàn)有大量泥塊和雜質(zhì),這樣就會(huì)引起結(jié)構(gòu)嚴(yán)重開(kāi)裂。因此在實(shí)際施工中,砂石骨料的粒徑應(yīng)盡可能大一些,以達(dá)到減少收縮的目的。
(四)環(huán)境影響
混凝土的裂縫與環(huán)境條件(施工期和施工后)有很大關(guān)系。施工過(guò)程中應(yīng)注意氣溫和濕度的變化,采取有效措施控制高溫、低溫沖擊和激烈干燥沖擊,此時(shí),應(yīng)力狀態(tài)接近彈性應(yīng)力狀態(tài),混凝土應(yīng)力松弛效應(yīng)無(wú)法發(fā)揮出來(lái),特別注意澆筑后經(jīng)過(guò)一定時(shí)期養(yǎng)護(hù)的混凝土仍然需要保護(hù)(維護(hù)),不宜長(zhǎng)期。注意與氣象站的密切聯(lián)系(降溫及降雨預(yù)報(bào)),不得在雨中澆筑混凝土,否則會(huì)嚴(yán)重改變水灰比。
結(jié)構(gòu)施工后驗(yàn)收投入使用,由于環(huán)境變化(如生產(chǎn)使用條件、房屋裝修改變條件),承受了新的溫度、濕度、振動(dòng)(包括相鄰振動(dòng))、化學(xué)腐蝕及荷載變化影響等,都可能引起后期開(kāi)裂。
二、混凝土裂縫限制標(biāo)準(zhǔn)
混凝土裂縫是不可避免的,其微觀裂縫是本身物理力學(xué)性質(zhì)決定的,但它的有害程度是可以控制的。有害程度的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)使用條件決定的,如從結(jié)構(gòu)耐久性要求、承載力要求及正常使用要求,最嚴(yán)格的允許裂縫寬度為0.1mm。近年來(lái),許多國(guó)家已根據(jù)大量試驗(yàn)與泵送混凝土的經(jīng)驗(yàn)將其放寬到0.2mm。
如果結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境正常,保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求,無(wú)侵蝕介質(zhì),那么混凝土裂縫寬度可放寬至0.4mm;在溫氣及土封號(hào)為0.3mm;在海水及干濕交替中為0.15mm。當(dāng)沿裂縫有害程度高時(shí),必須處理。
近年來(lái),由于房屋產(chǎn)權(quán)體制的改變及生活水平的提高,對(duì)房屋質(zhì)量要求更加嚴(yán)格,雖然經(jīng)鑒定認(rèn)為沒(méi)有影響安全的有害裂縫,但從美觀和精神作用的要求,應(yīng)用適當(dāng)?shù)脑试S范圍;當(dāng)觀察人距離結(jié)構(gòu)20~50cm時(shí),可看清0.05mm寬度的裂縫,是最嚴(yán)格的要求;距離1~2cm時(shí)可看清0.1~0.2mm的裂縫,是一般要求;距離5~10cm時(shí)可看清0.5~1.0mm的裂縫,是必須修補(bǔ)的裂縫,有時(shí)雖然裂縫不寬,但是呈網(wǎng)狀密布,給人一種精神上的不愉快的感覺(jué),需要修補(bǔ);對(duì)有滲水的任何寬度裂縫必須處理。上述這類(lèi)裂縫經(jīng)處理后滿足正常使用要求,不應(yīng)據(jù)此降低評(píng)定等級(jí)。
三、結(jié)語(yǔ)
混凝土結(jié)構(gòu)的施工,絕對(duì)安全是不可能達(dá)到的,但在可接受的概率水平上可以得到保證,該水平可以通過(guò)可靠性理論的應(yīng)用得到。當(dāng)前,可靠性理論應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)施工期質(zhì)量控制的基礎(chǔ)工作,是開(kāi)展與施工期荷載、抗力有關(guān)的參量統(tǒng)計(jì)參數(shù)的觀測(cè)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析,以獲取基于全國(guó)范圍數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。
參考文獻(xiàn)
[1]徐國(guó)明.混凝土結(jié)構(gòu)綁扎箍筋長(zhǎng)度[J].建筑結(jié)構(gòu),2005,(10).
1.1收縮裂縫。
混凝土產(chǎn)生的收縮裂縫一般分布在混凝土平面部位,為平行線或者網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫(寬度0.05-0.20mm)?;炷涟l(fā)生自身收縮也會(huì)造成裂縫的產(chǎn)生。而混凝土收縮的影響因素主要包括有水泥的用量、水用量等。當(dāng)水和水泥的用量較高,那么混凝土的收縮量就越大。不同種類(lèi)的水泥干縮與收縮程度不同,由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)的不同,就會(huì)造成變形而產(chǎn)生裂縫。收縮縫還會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性、降低混凝土承載能力,造成鋼筋銹蝕等。
1.2沉降裂縫。
公路工程建設(shè)中沉降裂縫產(chǎn)生有兩種情況,一是混凝土澆筑完成后骨料與水泥發(fā)生自動(dòng)下沉,或者還伴有泌水現(xiàn)象,進(jìn)而使混凝土產(chǎn)生裂縫;二是混凝土澆筑完成后骨料與水泥下沉?xí)艿戒摻畹绕渌A(yù)埋件的阻礙,以及模板發(fā)生移動(dòng),進(jìn)而使該處的混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力與抗剪應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。這種沉降裂縫通常發(fā)生在公路混凝土澆筑后1~3h內(nèi),屬于硬化前裂縫。沉降裂縫產(chǎn)生的直接原因在于沉降,而沉降則通常是由施工場(chǎng)地土質(zhì)不均、地基積土松軟、進(jìn)水、模板缺乏剛度造成支撐底部移動(dòng)、支撐間距過(guò)大等因素造成的。如在冬季,模板支撐在凍土上,而凍土融化后也就會(huì)產(chǎn)生不均勻的沉降,使混凝土產(chǎn)生沉降裂縫。
1.3溫度裂縫。
混凝土溫度裂縫通常發(fā)生在較大面積的混凝土表面,或者混凝土結(jié)構(gòu)中溫差較大的部分。由于混凝土澆筑完成后,硬化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱,由于水化熱不容易散發(fā)而凝集在混凝土內(nèi)部造成內(nèi)部溫度快速上升,而混凝土表面散熱卻較快,因此較大溫差的產(chǎn)生,使混凝土內(nèi)外的熱脹冷縮程度不一,導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,拉應(yīng)力一旦超過(guò)混凝土抗拉極限,就會(huì)產(chǎn)生裂縫了。溫度裂縫通常出現(xiàn)在公路工程建設(shè)混凝土施工的中后期。
1.4化學(xué)裂縫。
在公路金蛇混凝土施工過(guò)程中,當(dāng)混凝土澆筑與振搗的質(zhì)量不高,或者鋼筋保護(hù)膜較薄,就會(huì)造成部分有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土,并引發(fā)鋼筋的銹蝕、膨脹,造成混凝土的脹裂,出現(xiàn)裂縫。這種裂縫通常沿著鋼筋的位置出現(xiàn),屬于縱向裂縫。
2公路工程建設(shè)中混凝土施工裂縫的處理
2.1打好路基
公路的質(zhì)量受到路基質(zhì)量有著直接的關(guān)系,路基的強(qiáng)度、穩(wěn)定程度直接影響著公路路面的平整與承受能力。因此,在路基的施工中,應(yīng)考慮周?chē)沫h(huán)境(溫度、濕度),做好排水工作。由于混凝土路面對(duì)地基的穩(wěn)定性、均勻度有著很高的要求,所以基層需要用水泥進(jìn)行穩(wěn)定,對(duì)細(xì)料進(jìn)行嚴(yán)格的控制,從而增加地基水穩(wěn)性。做好地基的驗(yàn)收工作,為公路的后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。
2.2對(duì)混凝土材料的質(zhì)量進(jìn)行有效的控制
為確保混凝土的質(zhì)量與工程質(zhì)量,必須做好混凝土材料的質(zhì)量控制,禁止使用不合格材料。最好選用發(fā)熱量少、收縮量小的普通硅酸鹽水泥或者硅酸鹽道路水泥;禁止混合使用不同廠家、批次、標(biāo)號(hào)和種類(lèi)的水泥;禁止使用安全性差、強(qiáng)度不夠、有利氧化鈣超標(biāo)的水泥。選用合格且含泥沙量較少的材料,禁止堪憂機(jī)制含量超標(biāo)的集料。嚴(yán)格根據(jù)配合比進(jìn)行配料的拌制,水泥用量準(zhǔn)確(誤差<1%)。對(duì)集料的含水量進(jìn)行及時(shí)的測(cè)定,并保證水灰比,控制用水量(誤差<設(shè)計(jì)值的1%),同時(shí)可摻入適量(低于2%)外摻劑改善混凝土的和易性。
2.3對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制,做好養(yǎng)護(hù)管理
在混凝土的拌和過(guò)程中,當(dāng)集料的溫度較高,需要及時(shí)進(jìn)行降溫,然后繼續(xù)拌和。當(dāng)選擇灑水進(jìn)行降溫時(shí),需要對(duì)混凝土的行水量進(jìn)行有效的測(cè)定和控制,以確?;炷恋乃冶炔槐?,同時(shí)在混凝土的施工中,施工人員應(yīng)注意施工的操作,應(yīng)盡量縮短混凝土的運(yùn)輸路程,減少凝土攪拌到成型的時(shí)間,防止混凝土過(guò)早凝聚而產(chǎn)生裂縫。在常溫下應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行混凝土的澆水養(yǎng)護(hù),而在高溫與低溫下則在澆水后進(jìn)行適當(dāng)?shù)母采w,防止暴曬與風(fēng)吹。
2.4采用科學(xué)的壓漿工藝,創(chuàng)新灌縫的管理
在裂縫出現(xiàn)后,應(yīng)及時(shí)采取有效的方法進(jìn)行處理。如對(duì)縱向裂縫處理可采用壓漿處理,可使用普通硅酸鹽水泥在1.5Mpa以上注漿壓力下進(jìn)行施工處理。而橫向裂縫的處理可采用普通混凝土或者SBS改性混凝土,在150~160℃下現(xiàn)場(chǎng)加熱并用專(zhuān)用容器灌注到混凝土裂縫中。
3結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞:混凝土溫度應(yīng)力裂縫控制
混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因是溫度和濕度的,混凝土在施工階段常受外界氣溫變化的影響?;炷齼?nèi)部溫度為水泥水化熱的絕熱溫度和澆筑溫度二者的疊加值,其中澆筑溫度與外界溫有直接關(guān)系。一般而言,外界氣溫愈高,混凝土在硬化期間水泥放出大量水化熱,混凝土的澆筑溫度也愈高,當(dāng)氣溫下降,會(huì)大大增加外層混凝土混凝土內(nèi)部的溫度梯度,造成溫差和溫度應(yīng)力,使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。
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(gè)方面著手。
控制溫度的措施如下:
(1)采用改善骨料級(jí)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?xí)r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?xí)r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(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)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(zhǎng)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(guò)大起伏;
③合理的安排施工工序,避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露;
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),防止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)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(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)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(dāng)大的拉應(yīng)力,此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高,此時(shí)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(dá)到很大的數(shù)值,就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn),但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海棉等,對(duì)于防止混凝土表面產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力,具有顯著的效果。
為保證混凝土工程質(zhì)量,防止開(kāi)裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開(kāi)裂的措施之一。例如使用減水防裂劑,其主要作用為:
(1)混凝土中存在大量毛細(xì)孔道,水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力,但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。這個(gè)表面張力理論早在六十年代就已被國(guó)際上所確認(rèn)。
(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(qiáng)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(lái)補(bǔ)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(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強(qiáng)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(shí)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(shí)間適當(dāng),在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上,避免因水泥長(zhǎng)期不凝而帶來(lái)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?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會(huì)更加簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)。
實(shí)踐證明,混凝土常見(jiàn)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(shuō)混凝土的保溫對(duì)防止表面早期裂縫尤其重要。
溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā),保溫應(yīng)達(dá)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(guò)冷,以減少新老混凝土間的約束。
混凝土的早期養(yǎng)護(hù),主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達(dá)到兩個(gè)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(jìn)行,以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。
適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的。混凝上的保溫措施常常也有保濕的效果。
【關(guān)鍵詞】混凝土;溫度應(yīng)力;裂縫;控制
混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位。而在今天,混凝土的裂縫較為普遍,在橋梁工程中裂縫幾乎無(wú)所不在。盡管我們?cè)谑┕ぶ胁扇「鞣N措施,小心謹(jǐn)慎,但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)。究其原因,我們對(duì)混凝土溫度應(yīng)力的變化注意不夠是其中之一。
在大體積混凝土中,溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因。首先,在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫,影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。其次,在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有顯著的不容忽視的影響。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫,因此本文僅對(duì)施工中混凝土裂縫的成因和處理措施做一探討。
1 裂縫的原因
混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因,主要是溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結(jié)構(gòu)不合理,原材料不合格(如堿骨料反應(yīng)),模板變形,基礎(chǔ)不均勻沉降等。
混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過(guò)程中,由于受到基礎(chǔ)或老混凝上的約束,又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí),即會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周、時(shí)干時(shí)濕,表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束,也往往導(dǎo)致裂縫。在鋼筋混凝土中,拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān),混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝上的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力,則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度,往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過(guò)其它外荷載所引起的應(yīng)力,因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。
2 溫度應(yīng)力的分析
2.1 根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過(guò)程可分為以下三個(gè)階段:
2.1.1 早期:自澆筑混凝土開(kāi)始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化,這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。
2.1.2 中期:自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止,這個(gè)時(shí)期中,溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加,在此期間混凝上的彈性模量變化不大。
2.1.3 晚期:混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。
2.2 根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類(lèi):
2.2.1 自生應(yīng)力:邊界上沒(méi)有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu),如果內(nèi)部溫度是非線性分布的,由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如,橋梁墩身,結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大,混凝土冷卻時(shí)表面溫度低,內(nèi)部溫度高,在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力,在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。
2.2.2 約束應(yīng)力:結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應(yīng)力。如箱梁頂板混凝土和護(hù)欄混凝土。
這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。
要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下,需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí),必須考慮混凝土徐變的影響,具體計(jì)算這里就不再細(xì)述。
3 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(gè)方面著手。
3.1 控制溫度的措施如下:
3.1.1 采用改善骨料級(jí)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;
3.1.2 拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;
3.1.3 熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;
3.1.4 在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫;
3.1.5 規(guī)定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫,在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海棉等,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;
3.1.6 施工中長(zhǎng)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;
3.2 改善約束條件的措施是:
3.2.1 合理地分縫分塊;
3.2.2 避免基礎(chǔ)過(guò)大起伏;
3.2.3 合理的安排施工工序,避免過(guò)大的高差和側(cè)面長(zhǎng)期暴露;
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),防止表面干縮,特別是保證混凝土的質(zhì)量對(duì)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。
3.3 為保證混凝土工程質(zhì)量,防止開(kāi)裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開(kāi)裂的措施之一。例如使用減水防裂劑,筆者在實(shí)踐中總結(jié)出其主要作用為:
3.3.1 混凝土中存在大量毛細(xì)孔道,水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力,但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。
3.3.2 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%。
3.3.3 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(qiáng)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(lái)補(bǔ)充。
3.3.4 減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少收縮變形。
3.3.5 提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力,提高的混凝土抗裂性能。
3.3.6 減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強(qiáng)度,大幅提高混凝土的抗裂性能。
3.3.7 摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,減少碳化收縮。
3.3.8 摻減水防裂劑后混凝土緩凝時(shí)間適當(dāng),在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上,避免因水泥長(zhǎng)期不凝而帶來(lái)的塑性收縮增加。
3.3.9 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?cè)诠こ虒?shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會(huì)更加簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)。
4 混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
實(shí)踐證明,混凝土常見(jiàn)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(shuō)混凝土的保溫對(duì)防止表面早期裂縫尤其重要。
從溫度應(yīng)力觀點(diǎn)出發(fā),保溫應(yīng)達(dá)到下述要求:
4.1 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。
4.2 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。
4.3 防止老混凝土過(guò)冷,以減少新老混凝土間的約束。
從理論上分析,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(hù)的關(guān)鍵時(shí)期,在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來(lái)。
論文摘要:混凝土的裂縫問(wèn)題是一個(gè)普遍存在而又難于解決的工程實(shí)際問(wèn)題,本文對(duì)混凝土工程因施工過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫問(wèn)題進(jìn)行了探討分析,并針對(duì)具體情況提出了一些預(yù)防、處理措施。
由于裂縫的存在和發(fā)展通常會(huì)使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕,降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力,影響建筑物的外觀、使用壽命等。因而防止樓板開(kāi)裂已經(jīng)成為大家共同關(guān)心的課題,本文試從施工的角度出發(fā),探討樓板裂縫產(chǎn)生的原因以及防治措施。
一、樓板裂縫的開(kāi)展大多有以下幾種情況
(一)裂縫在板面沿樓板支座邊300mm范圍內(nèi)平行于支座開(kāi)展,甚至板的四周都出現(xiàn)裂縫并且連續(xù);
(二)在板角處裂縫與相鄰兩支座成45度角展開(kāi);
(三)與施工井架位置相接的樓板常出現(xiàn)裂縫。
這些裂縫大多在工程竣工后一段時(shí)間才被發(fā)現(xiàn),往往這時(shí)樓板還幾乎沒(méi)有使用荷載。有時(shí)裂縫寬度在水泥沙漿找平層表面被放大了,實(shí)際上在混凝土樓板的裂縫寬度大多在0.3mm以下,裂縫的深度在15mm左右。
二、樓板裂縫的原因主要有以下幾種
(一)干縮裂縫
混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、骨料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。硬化混凝土在約束條件下的干縮是樓板產(chǎn)生裂縫的一個(gè)比較常見(jiàn)的原因。水泥的水化或混凝土中水分的蒸發(fā)會(huì)引起混凝土干縮。此外,樓板混凝土的收縮也受到結(jié)構(gòu)的另一部分(如混凝土梁、柱)的約束而引起拉應(yīng)力,拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土將會(huì)產(chǎn)生裂縫,并且能夠在比開(kāi)裂應(yīng)力小得多的應(yīng)力作用下擴(kuò)展延伸。
(二)塑性收縮裂縫
塑性收縮是指混凝土在凝結(jié)之前,表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。其產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋夯炷猎诮K凝前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小,或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí),受高溫或較大風(fēng)力的影響,混凝土表面失水過(guò)快,造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮,而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無(wú)法抵抗其本身收縮,因此產(chǎn)生龜裂。
(三)支撐沉陷裂縫
新澆混凝土樓板容易在模板、支撐變形的情況下產(chǎn)生裂縫。由于支撐的剛度不足或梁板支撐剛度差異較大,在荷載作用下變形沉陷,施工期間的過(guò)度震動(dòng)使支撐剛度變異部位多次瞬間相對(duì)位移以及過(guò)早拆模等等都可能使混凝土在發(fā)展足夠強(qiáng)度以支撐其自身重量之前產(chǎn)生裂縫。沉陷變形也是混凝土樓板裂縫開(kāi)展的另一個(gè)常見(jiàn)原因。
(四)溫度裂縫
混凝土澆筑后,在硬化過(guò)程中,水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱,由于混凝土的體積較大,大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā),導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升,而混凝土表面散熱較快,這樣就形成內(nèi)外的較大溫差,較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí),混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。
(五)化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫
堿骨料反應(yīng)裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的由于化學(xué)反應(yīng)而引起的裂縫。
就施工因素來(lái)說(shuō),樓板的模板、支撐變形或沉陷,混凝土的制作和搗實(shí)工藝等許多方面的施工質(zhì)量問(wèn)題以及缺乏養(yǎng)護(hù)都會(huì)增加產(chǎn)生裂縫或引致裂縫發(fā)展的可能性。因此,裂縫的發(fā)生和延伸開(kāi)展與混凝土內(nèi)在的特性和多種施工因素可能同時(shí)存在某種關(guān)系。也就是說(shuō),同一條裂縫的開(kāi)展往往由多個(gè)原因所造成。
三、針對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因,在施工因素方面采取相應(yīng)措施,以減少樓板裂縫的產(chǎn)生。為此,在混凝土施工中,在工序和工藝方面應(yīng)當(dāng)注意下列幾個(gè)問(wèn)題
(一)嚴(yán)格控制混凝土攪拌和施工中的配合比,混凝土的用水量絕對(duì)不能大于配合比設(shè)計(jì)所給定的用水量,混凝土應(yīng)使用設(shè)計(jì)允許的最小水泥用量和能滿足和易性要求的最小用水量,設(shè)備允許情況下,不要用過(guò)大的塌落度。使用各種外加劑時(shí)要注意,盡量不要選用增加混凝土干縮的外加劑;選擇合適的水泥品種,使混凝土收縮減少,凝固時(shí)間合適;混凝土內(nèi)砂石水泥的級(jí)配力求最優(yōu)。(二)澆筑混凝土之前,將模板澆水均勻濕透。
(三)模板及其支撐系統(tǒng)要有足夠的剛度,且支撐牢固,并使地基受力均勻。樓板模板支撐的間距要適宜,使樓板模板剛度與梁模板剛度不至于相差太大。在與施工井架相接的或施工運(yùn)輸頻繁經(jīng)過(guò)的樓板模板中適當(dāng)加強(qiáng)模板支撐系統(tǒng)。
(四)了解預(yù)拌混凝土的級(jí)配情況,對(duì)某些級(jí)配的混凝土,不要過(guò)度振搗樓板混凝土,過(guò)度的振搗會(huì)使混凝土產(chǎn)生離析和泌水,使混凝土樓板表面形成水泥含量較多的沙漿層和水泥漿層,容易產(chǎn)生干縮裂縫。由于一般樓板的厚度不大,使用平板振動(dòng)器勻速拖過(guò)一次就可使樓板的混凝土成型密實(shí)。要在混凝土沉淀收縮基本完成后才開(kāi)始樓板的最終抹面。
(五)在樓板的混凝土施工完成后,要等樓板混凝土有一定的強(qiáng)度后才進(jìn)行下一道工序的施工。在混凝土終凝初期應(yīng)避免施工荷載對(duì)樓板產(chǎn)生較大的震動(dòng)。特別是與施工井架相接的樓板,其混凝土施工完成是最后的,而上施工荷載受震動(dòng)是最早和最頻繁的。有些施工單位為了搶工期,在樓板混凝土搗制完成后第二天就上人上材料進(jìn)行下一道工序施工,往往導(dǎo)致這位置的樓板多處產(chǎn)生裂縫。
(六)施工期間不要過(guò)早拆除樓板的模板支架,且要注意拆模的先后次序。必要時(shí)可在拆除模板后在適當(dāng)位置上安裝回頭頂。施工機(jī)具和材料不要集中堆放在一塊樓板上,避免造成較大的荷載使還未達(dá)到強(qiáng)度的混凝土樓板產(chǎn)生裂縫。
(七)了解預(yù)拌混凝土的收縮曲線,加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù),保持混凝土樓板表面濕潤(rùn)。在常溫下養(yǎng)護(hù)不少于兩周,特別是在混凝土終凝初期,要嚴(yán)格按要求進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期后,在施工期間特別干燥的時(shí)候也應(yīng)進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)。
四、裂縫的處理
修補(bǔ)前需要對(duì)樓板裂縫進(jìn)行檢測(cè)與研究以確定裂縫部位、開(kāi)裂程度和裂縫產(chǎn)生的原因等。根據(jù)裂縫的性質(zhì)和具體情況我們要區(qū)別對(duì)待、及時(shí)處理,以保證建筑物的混凝土裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下一些方法:表面修補(bǔ)法,灌漿、嵌逢封堵法,結(jié)構(gòu)加固法,混凝土置換法,電化學(xué)防護(hù)法以及仿生自愈合法等。
五、結(jié)束語(yǔ)
樓板裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象,它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力,影響建筑物的使用功能,而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響建筑物的承載能力,因此要對(duì)混凝土樓板裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待,采用合理的方法進(jìn)行處理,并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展,保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。
參考文獻(xiàn):
[1]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999.2.
[2]鞠麗艷.混凝土裂縫抑制措施的研究進(jìn)展.混凝土,2002.5.
[3]郭仕萬(wàn),肖欣,趙和平.混凝土施工中的裂縫控制.山西水利科技,2000.11.
級(jí)別:省級(jí)期刊
榮譽(yù):
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