大体积混凝土裂缝分析及措施论文(共13篇)
1.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇一
大体积混凝土是指混凝土结构实体最小尺寸超过1米的大体量混凝土或者预测因混凝土水化热会出现有害裂缝的混凝土。在新形势下,高层建筑、超高层建筑、大型桥梁等层出不穷,混凝土构件的体量也日渐变大,大体积混凝土结构应运而生,面积较大、体积较厚,极易出现裂缝问题,大幅度降低了工程质量,必须综合分析大体积混凝土裂缝的成因,通过不同途径采取有效的预防措施,避免大体积混凝土裂缝频繁出现。
1.大体积混凝土裂缝的成因
1.1收缩裂缝
混凝土收缩是指混凝土拌合物硬化过后体积逐渐减小的现象,是自发的,和水泥特性紧密相连。混凝土收缩受到外部约束的时候,比如,钢筋、模板,混凝土内部会产生拉应力,一旦超过混凝土抗拉强度,混凝土便会出现裂缝问题。由于收缩的原因各不相同,混凝土收缩类型收缩并不单一,即温度收缩、塑性收缩、自收缩、干燥裂缝。以“自收缩”为例,c-s-H凝胶是泥水化反应的核心产物,其体积不超过水泥、水二者之和,也就是说,固相体积增加的同时,水泥浆体却在不断减小,这便是自收缩,2/3的硅酸盐水泥浆体全都水化之后,理论上体积会减缩7%-9%。
1.2温度裂缝
在混凝土凝固过程中,水泥水化会释放大量的水化热,从而使混凝土内部的温度随之上升。大体积混凝土结构在内外环境温差的作用下,结构内温度会随时间增长而降低,直至达到多年平均气温水平。混凝土的温度变化过程分为温升、冷却降温、稳定三个阶段。大体积混凝土的温度变化会引起温度变形,受到约束产生温度应力,当拉应力超过抗拉强度时产生裂缝。
1.3环境条件
环境温度和湿度的变化会在混凝土内部形成变化不均匀的温度场和湿度场,促使内部微裂缝的发展,进而形成表面的宏观裂缝。大体积混凝土工程施工时,如果遇到连续的低温天气,混凝土浇筑后就会因为内外温差过大而产生混凝土裂缝。连续阴雨天气下,过多的雨水会渗入混凝土内部,影响混凝土的凝固,造成微小裂缝的扩展。混凝土浇筑之后及时完善的养护可以减小收缩变形。
1.4施工裂缝
施工中所产生的裂缝原因较多,主要是由于人工操作的原因,施工工艺的选择,施工裂缝产生的原因众多,而其裂缝的分布是随机的,一般主要是由于浇筑与模板粘合的不充份,或是进行浇筑时较快,其浇筑的程序缺少正确的方式等,以上这些原因都会导致混凝土产生裂缝,对水利工程的质量产生影响。
2.控制措施
2.1优选混凝土各种原材料
2.1.1水泥的选择
理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。因此在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的.矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥,并尽量降低混凝土中的水泥用量,以降低混凝土的温升,提高混凝土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失,可适度增加活性细掺料替代水泥。
2.1.2骨料的选择
在选择粗骨料时,可根据施工条件,尽量选用粒径较大、质量优良、级配良好的石子。既可以减少用水量,也可以相应减少水泥用量,还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。在选择细骨料时,采用平均粒径较大的中粗砂,从而降低混凝土的干缩,减少水化热量,对混凝土的裂缝控制有重要作用。
2.1.3掺加外加料和外加剂
掺加适量粉煤灰,可减少水泥用量,从而达到降低水化热的目的。但掺量不能大于30%。掺加适量的减水剂,它可有效地增加混凝土的流动性,且能提高水泥水化率,增强混凝土的强度,从而可降低水化热,同时可明显延缓水化热释放速度。
2.2坚持科学的施工工艺
(1)根据工程的具体情况,通过计算温度应力来确定混凝土浇筑方式。可以选取夜间进行浇筑工作,从而减小温差应力,减少裂缝的产生。浇筑时据混凝土泵送产生的坡度,在混凝土卸点和坡角处布置振捣点,确保混凝土振实。因混凝土的流动性很大,泵送混凝土浇筑完毕之后,为消除混凝土表面裂缝,要在混凝土初凝之后、终凝之前进行二次振捣,提高混凝土防水性能。充分的振捣可以有效减少结构性裂缝。(2)在整个施工过程中要做好对温度的测量、控制工作。采用先进的测温装置做好温度记录,可以全面、准确的掌握大体积混凝土内部的实r温度变化,技术人员可以利用测量结果制定、实施相应的温控措施。(3)重视大体积混凝土的养护工作。在工程项目建设中,施工企业必须做好混凝土养护工作,可以用塑胶袋包裹混凝土表面,也可以采用麻袋、棉毡等材料,可以起到较好的保湿作用,混凝土养护比较及时,浇筑结束后必须及时养护,确保在混凝土硬化早期养护到位。
3.结语
总而言之,在工程项目建设中,施工企业必须意识到大体积混凝土裂缝的重要性,要根据其成因,根据施工现场水文、地质等情况,采取适宜的裂缝预防措施,科学施工。以此,提高工程整体性能与质量,将所产生的裂缝危害降到最低,减少因其裂缝的产生对水利工程的质量与寿命产生影响。使其更好地投入到运行中,具有较好的“经济、社会、生态”效益。
2.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇二
1 混凝土裂缝的形成及分类
钢筋混凝土裂缝按其形成的原因可以分成两大类:一类是由荷载引起的裂缝;另一类是由非荷载(变形变化)引起的裂缝。大量实践表明,属于荷载引起的裂缝约占20%,而属于非荷载引起的裂缝约占80%。常见的裂缝主要分为以下几类:1)塑性收缩裂缝;2)沉降收缩裂缝;3)温度裂缝。
2 大体积混凝土裂缝形成的主要原因
1)水泥水化热的影响。
水泥在水化过程中要产生一定的热量,这是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于混凝土构件内外温度不同将导致膨胀不同,在混凝土内部产生压应力,在面层产生拉应力。如果温差超过25 ℃,则表层混凝土所造成的拉应力将要超过混凝土极限抗拉强度,在混凝土构件的表面就可能产生裂缝,极易危害构件的安全性。
2)受内外约束条件和内外温差的影响。
大体积混凝土由于温度变化会产生变形,而这种变形又受到约束,便产生了应力,这就是温度变化引起的应力状态。而当应力超过某一数值,便引起裂缝。混凝土也不可能完全没有徐变和塑性变形,因此我国提出的大体积混凝土的允许温差控制标准为一般不超过25 ℃。
3)外界气温变化的影响。
当外界气温下降或采取了降温措施,可能使混凝土内外产生较大的温差,也易导致混凝土裂缝的产生。在这种情况下,研究合理的温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的过大温度应力,就显得更为重要。
4)混凝土收缩变形的影响。
混凝土收缩裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩、自收缩和温差收缩四种。塑性收缩主要指在混凝土硬化之前,处于塑性状态,硬化初期主要是水泥、石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化。干燥收缩主要是由于水泥、石的脱水收缩,砂石不仅多不收缩,而且还可抑制水泥、石收缩而减少混凝土的收缩。自收缩指混凝土浇筑后,密闭的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低,造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压,因而引起混凝土的自收缩。温差收缩主要是由于水泥的水化过程所引起。
5)混凝土抗拉能力的影响。
混凝土是脆性材料,抗压能力较高,抗拉能力较低。大体积混凝土温度变形受约束时产生的拉应变(或拉应力)很容易超过混凝土的极限抗拉强度而使混凝土产生裂缝。
6)混凝土构件支撑的拆除所造成的影响。
在拆除混凝土构件的模板时,如果没有达到承重梁、板的必要养护时间,此时混凝土的抗拉、压强度均较低,在上部荷载作用下,从而易使混凝土梁、板的下部在受拉情况下被拉裂,而形成承重裂缝。
7)碱与骨料反应的影响。
碱与硅酸盐骨料反应,是加水拌和混凝土时,水泥中的碱不断溶解,这些碱液与活性氧化硅起化学反应,析出胶状的硅胶。硅胶从周围介质中吸水膨胀,其体积可增大3倍,而使混凝土胀裂,其特点是裂缝中充满白色胶体,表面裂缝常有白色沉淀的胶体,呈杂乱的地图状。
8)地基不均匀沉降的影响。
基础设计的主要依据是工程地质勘察报告。任何一个地质勘察,其结果都是近似的。当设计假设模型与地质实际不符等情况出现时,都很可能出现不均匀沉降。同时,由于上部建筑物荷载不同,也产生不均匀沉降。这种不均匀沉降对混凝土就产生拉应力,当应力超过混凝土极限拉伸值时,导致裂缝产生。这种裂缝一旦出现则比较严重,可能危及安全和使用等功能。
3 大体积混凝土裂缝预防及控制措施
3.1 设计控制措施
1)采取合理的结构形式和合理的分块。大体积混凝土工程施工中如果允许设置水平施工缝,应根据温度裂缝的要求进行分块,且设置合理的连接措施。2)设计中大体积混凝土宜选用中低强度混凝土,强度等级宜在C20~C35范围内,避免采用高强混凝土。3)合理设置分布钢筋,尽量采用小直径、密间距布置,采用直径8 mm~14 mm的钢筋和10 cm~15 cm间距是比较合理的。全截面配筋率不小于0.3%,宜在0.3%~0.5%之间。受力筋能满足构造要求的,不再增加温度筋,构造筋不能起到抗约束作用的,应增配温度筋,变截面处配置加强分布筋。4)在改善结构物的约束条件不影响使用时(如承压式基础),宜在混凝土垫层上设置滑动层,如采用一毡二油等。
3.2 材料选择控制措施
1)尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥),或利用混凝土的后期强度(90 d~180 d)以降低水泥用量,减少水化热(因为每加减10 kg水泥,温度会相应增减1 ℃,水化热与水泥用量成正比)。在条件许可的情况下,应优先选用收缩性小或具有微膨胀性的水泥。2)适当掺加粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后,可提高混凝土的抗渗性、耐久性,减少收缩,降低胶凝材料体系的水化热,提高混凝土的抗拉强度,抑制碱骨料反应,减少新拌混凝土的泌水等。3)选择级配良好的骨料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%~83%,因此在选择骨料时,应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。一般来说,可以选用粒径4 mm~40 mm的粗骨料,尽量采用中砂,严格控制砂、石子的含泥量(石子在1%以内,砂在2%以内);控制水灰比在0.6以下。还可以在混凝土中掺缓凝剂,减缓浇筑速度,以利于散热。另外还可以考虑在大体积混凝土中掺加坚实无裂缝、冲洗干净、规格为150 mm~300 mm的大块石。掺加大块石不仅减少了混凝土总用量,降低了水化热,而且石块本身也吸收了热量,使水化热能进一步降低,对控制裂缝有一定好处。4)适当选用高效减水剂和引气剂,这对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量,改善新拌混凝土的工作度,提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。
3.3 施工方法控制措施
1)合理制定施工方案。施工方案主要是确定一次浇筑的数量、施工缝间距、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣。一次浇筑长度较长时设置垂直施工缝、厚度较大时分层设置施工缝。施工缝应设置在变截面处或承受拉、剪、弯直力较小的部位。2)严格控制施工配合比。混凝土配合比要经过合理试配,严格执行。大体积混凝土要采用水化热较低的水泥,在混凝土中掺入粉煤灰或减水剂,降低水灰比。高强度混凝土要采用高标号水泥,控制水泥的最大用量,降低水化热和升温,不能随意加大或减少水泥用量,严格控制水灰比、沙石的含泥量、水泥添加剂的用量。3)加强保温措施,减少内约束力。基础大体积混凝土浇筑后,为减小大体积混凝土内部与表面的温差,防止出现由于温度应力产生的混凝土裂缝,一般除在确定混凝土配合比时应采取技术措施降低混凝土内部水化热以外,还要对浇筑后的混凝土表面进行保温,以控制混凝土内外温差在规范规定的25 ℃以内,减少内约束力,避免基础大体积混凝土表面裂缝发生。4)合理确定混凝土的浇筑顺序。为了有效降低大体积混凝土内外温差,在大体积混凝土施工中常采用分块浇筑。分块浇筑又可分为分层浇筑和分段跳仓浇筑法两种。分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法和斜面分层法。
4 结语
本文在对大体积混凝土裂缝的类型及产生的原因分析的基础上,从设计、施工、选材三个方面提出对应的管理控制措施。在大体积混凝土施工中,只要严格按规范规定施工,认真积极地探索裂缝产生的原因,再加上严格的施工管理,定能使大体积混凝土施工质量得到很好的保证。
参考文献
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3.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇三
【关键词】大体积混凝土;裂缝;控制措施
大体积砼结构是指其最小断面的尺寸大于1000mm以上的砼结构,大体积砼施工技术与施工质量、工程造价、结构安全等密切相关。因此,本文将对大体积砼的裂缝的成因、施工技术及预防措施进行分析与阐述。
1.产生裂缝的主要原因
1.1水泥水化热的影响
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝上的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。水泥在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去,以至于越积越高,使内外温差增大。
1.2外界气温变化
大体积混凝土在施工阶段,它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力,特别是气温骤降,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的;温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达60-65℃,并且有较长的延续时间。因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力。
1.3混凝土的收缩
混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的,而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是很不利的。
2.大体积砼的施工方法
2.1分层浇筑
为了尽量避免大体积砼内外的温差问题,在进行施工过程中宜采取分层浇筑法。全面分层法即在第一层全面浇筑完毕后,再回头浇筑第二层,此时应使第一层混凝土还未初凝,如此逐层连续浇筑,直至完工为止。必要时可分成两段,从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。分段分层。混凝土浇筑时,先从底层开始,浇筑至一定距离后浇筑第二层,如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多,所以浇筑到顶后,第一层末端的混凝土还未初凝,又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少,结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。斜面分层。要求斜面坡度不大于1/3,适用于结构长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始,逐渐上移。混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺,一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处,保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处,确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进,震动器也相应跟上。可以将大体积砼的结构采取分层多次浇筑,各施工层之间的结合均按照施工缝来处理,能充分散发砼内的水化热。
2.2充分振捣
混凝土入模后先用插人式振动棒振密振实,然后用振捣粱振至表面平整,后用Φ180的钢管(内装砂子),制成的提浆滚在混凝土表面来回滚压提浆,用人工抹平。混凝土浇筑振捣完毕,立即采用塑料薄膜覆盖,进行保水养护7d以上。在干燥季节或风口处应加强保水措施,防止混凝土水分蒸发速度过快,以控制其出现早期表面裂缝。
2.3优化大体积砼的搅拌
在传统的大体积砼搅拌过程中,水分会与湿润的石子表面直接接触,在砼逐渐成形或静置的过程中,水就会向水泥砂浆和石子的界面集中,最终在石子表面形成水膜层。在砼已经硬化后,由于存在水膜层,就会造成界面的过度层趋向疏松多孔化,减弱了硬化水泥砂浆和石子之间的粘结性,进而成为砼结构中最薄弱的环节,对砼的抗压力及其他物理学性能造成不良影响。改进大体积砼的搅拌方式,能有效提高砼的极限拉伸力,避免砼结构的收缩。为了进一步保障砼的质量,可以通过二次投料的砂浆裹石或者净浆裹石等搅拌技术,既能防止水分过于向石子及水泥砂浆界面集中,又能保障硬化后的界面过度层更密集,并提高约10%的砼结构强度,提高其极限抗拉值与抗拉强度。实践证明在砼结构的强度基本趋同的情况下,能够适当减少水泥用量,也避免了水化热的产生。
3.提高大体积砼施工质量的一些途径
3.1加强对温度的控制
首先,为了控制由温差导致的裂缝,大体积砼的浇灌工作应选在一天中气温比较低的时间进行,优先选择水化热比较低的水泥,在确保大体积砼的强度等级前提下,使用一定的缓凝减水剂,以减少水泥的使用量,同时使水灰比降低,能够有效减少水化热;加入外掺料如粉煤灰不仅能代替部分水泥的功能、减少用水,还能够改善砼的可泵性。其次,要注意控制砼入模的温度,如通过向骨料洒水来减少太阳对砂石料的直接照射;通过加冰块来冷却材料。在浇筑时,应采取分层的方法,能够更好的控制浇筑的厚度及进度,有利于散热,同时浇筑的温度也要格外关注,同时考虑在浇筑大体积素混凝土时加入不超过总体积的25%的毛石,能够吸收大量的热能,并且节约大体积砼的原材料。
3.2提高对原材料的控制
由于在大体积砼结构中涉及的配筋较密且多,因此为了确保砼的紧密填充,应加强石子中最大粒径及其粗细集料级配,如果石子的粒径过大,石子就可能卡在钢筋中,而砂浆的收缩度大于砼的收缩度,拆模后就很可能在钢筋下方造成裂缝。同时应严格控制砂石料的含泥量,若超过规定,会降低大体积砼的抗拉力并增加砼的收缩力,这种情况下就极易产生裂缝,影响工程质量。另外,在大体积砼的施工过程中,对水泥的选择也十分重要。不同品牌、类型的水泥其组织各不相同,因此配置出的砼的性能也不尽相同,一般大体积砼工程在浇筑初期发生开裂的最重要原因就是由于砼内部温度升高与收缩而造成的。通过对大体积砼的选材及配合比的控制,在大体积砼结构中加入外加剂,尽量减少水泥和水的用量,以减少水化热现象引起的收缩变形。同时对大体积砼起到补偿收缩的目的,有效防控了裂缝的产生,提高工程质量。
3.3适当调整钢筋配置
通过调整钢筋的配置方案,可以增设温度的传递分布筋,将大体积砼内部的热量及时传递出来,以防止内部热量增高。通过在浇筑混凝土的模具内敷设一定数量的细钢管为导管,在施工浇筑时及养护期作为散热管道,在导管中循环冷水,带走大量的水化热,是一种很好的降温措施。
3.4加强养护工作
加强混凝土的养护,目的是要使混凝土保持或可能接近于饱和状态,使水化作用达到最大的速度,以得到更高强度的混凝土。在养护温度相同的情况下,连续湿养护(即盖草袋子、洒水养护)时混凝土强度在各龄期均为最高。特别是混凝土在浇筑后内部处于升温阶段时要适时进行湿养护,以加强混凝土的水化反应。这样一方面可以降低混凝土内部的温度峰值,又可以防止后期的强度损失。尤其掺加减水剂后更需要保证养护时间。在养护方面,当浇筑工作完成后,派人进行专门养护工作,做到轮班值守。为了确保已经浇筑好的砼表面热度不至过快散去,可选择在大体积砼的表面铺盖草袋,并在草袋的上面再盖一层尼龙薄膜,这样可以有效保证砼的表面湿润,使其降温速度降慢。
总之,大体积砼施工的技术十分复杂,为了有效避免裂缝的产生,从设计到施工,包括施工的环境与材料等多方面因素,都应提高注意。应从多方面加强对大体积砼施工的分析,并采取积极的防控措施,能够从根本上提高建筑工程的质量,保证建筑物使用功能的发挥。
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4.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇四
通过近几年来的现场实践,及查阅相关的技术资料,对混凝土裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施进行简要的阐述。
一、裂缝产生的原因分析
混凝土中产生的裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,原材料不合格(如碱骨料反映),模板变形,基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水热化热,内部温度不段上升,在表面引起拉应力,后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝上的约束,又会在混凝土内部出现拉应力,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、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。混凝土是一中脆性材料,拉抗强度是抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形也只有(0.6~1.0)×104,长期加荷时的极限拉伸变形也只有(1.2~2.0)×104.由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇注过程中的离析现象,在同一块混凝土中其拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中,拉应力只要是由钢筋来承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力,但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。
二、温度应力的分析
温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:
(1)早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段有两个特征,一是水泥放出大量的水化热,二是混凝土上弹性模量的急剧变化,由于弹性模量的变化,这一时期在混凝土内形成残余应力。
(2)中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止,这个时期中。温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起,这些应力与早期形成的残余应力相叠加,在此期间混凝土上的弹性模量变化不大。
(3)晚期:混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起,这些应力与前两种的残余应力相叠加。
根据温度应力引起的原因可分为两类:
(1)自生能力:没有任何约束或完全静止的结构,如果内部温度是非线性分布的,由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如,桥梁墩身,结构尺寸相对较大,混凝土冷却时表面的温度低,内部温度高,在表面出现拉应力,在中间出现压应力。
(2)约束能力:结构的全部或部分边界受到外界的约束,不能自由变形而一起的应力,如箱梁顶板混凝土和护拦混凝土;这两种温度应力往往和混凝土上的干缩所引起的应力共同作用;想要根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下,需要依靠模型试验或数值计算,混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛,计算温度应力时,必须考虑徐变的影响,具有计算这里就不在细述。
三、温度的控制和防止裂缝的措施
为了防止裂缝,可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手,现场常用的措施如下:
(1)采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。
(2)搅拌混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。
(3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,最好控制在500mm以内,以便于表面散热;第二层浇筑必须在第一段砼初凝前浇筑完毕。
(4)根据混凝土浇注面积,在混凝土上中下部设置一定数量测温管,定时测定内外温度,前4天每2h测一次,5-7天每4h测一次,8-15天每天一次,并及时记录,确保混凝土内外温差控制在25.以内,做到及时观察,出现温度超偏,可通过调整养护方式来降低温差。
(5)规定合理的拆模时间,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度,加强保温养护措施,现场通常采取措施为混凝土浇注后先覆盖一层塑料薄膜,用麻袋装锯末,厚度80~100㎜进行中层覆盖,最后覆盖1-2层100mm厚岩棉被。
(6)夏季施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面及侧边,设置专人撒水养护时间不少于14d,有条件的应对基础侧边进行覆土掩盖,避免内部水分蒸发过快,产生裂缝。
改善约束条件的措施是:
(1)合理地分区分块。
(2)避免基础过大起伏。
(3)合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别主注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力叠加,再加上混凝土干缩,表面拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险。但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一些轻型保温材料,如泡沫海绵等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果。加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小,因为大体积混凝土的含筋率极低,只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢的各项性能是稳定,而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土的线胀系数相差很小,在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍,当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过 100~200kg/cm2,因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难,但加筋后结构内的裂缝一般就变的数目多、间距小、宽度与深度较小了。为了保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一,例如使用减水防裂剂,笔者在实践中总结出其主要作用为:
(1)混凝土中存在大量的毛细孔道,水蒸发后毛细管中产生毛细管张力,使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力,但会使混凝土强度降低。
(2)水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%.(3)水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充。
(4)掺加减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形。
(5)外加剂混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,减少水分蒸发,减 少干燥收缩。
许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性功能,我们在工程实践中应多进性这方面的研究,比单纯改善外部条件,可能会更加简洁、经济。
四、混凝土的早期养护
实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成的,寒冷地区的温度骤降也是容易形成裂缝的。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要;从温度应力观点出发,现场保温应达到下述要求:
(1)防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝。
(2)防止混凝土超冷,应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土的使用期的稳定温度。
(3)防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。
新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常常引起水分损失,从而推迟或防碍水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应该切实重视起来。
五、结束语
以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践的初步探讨,虽然现在对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论,但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一,同时在实践中的应用效果也是比较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。
5.大体积混凝土温度裂缝控制措施 篇五
1、概述
此次拟浇筑砼系华荣xx城D区基础筏板。D区基础砼等级为为C35P8,板的一般厚度为2.0m,集水井处最厚区域为4.35m;本区域一次浇筑砼方量约为2980m3;板内配筋情况是:板上下部均为φ28@150双向双层网筋,第二层配有φ18@150双向网筋一层,板中间配置构造抗裂钢筋网片φ16@200,D区柱下配置φ22@150。由此可见,该筏板确具有体形大、结构厚、砼方量多,钢筋密而工程条件较复杂和施工技术要求高等特点。
大体积混凝土是指最小断面尺寸大于1m以上的混凝土结构。与普通钢筋砼相比,具有结构厚,体形大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的特点。
大体积混凝土在硬化期间,一方面由于水泥水化过程中将释放出大量的水化热,使结构件具有“热涨”的特性;另一方面混凝土硬化时又具有“收缩”的特性,两者相互作用的结果将直接破坏混凝土结构,导致结构出现裂缝。因而在混凝土硬化过程中,必须采用相应的技术措施,以控制混凝土硬化时的温度,保持混凝土内部与外部的合理温差,使温度应力可控,避免混凝土出
现结构性裂缝。
2、大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土墩台身或基础等结构裂缝的发生是由多种因素引起的,各类裂缝产生的主要影响
因素如下:
(1)收缩裂缝。混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量,用水量和水泥用量越高,混凝土的收缩就越大。选用的水泥品种不同,其干缩、收缩的量也不同。
(2)温差裂缝。混凝土内外部温差过大会产生裂缝。主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。
大体积混凝土结构要求一次性整体浇筑。浇筑后,水泥因水化热,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成了较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。此时,混凝土龄期短,抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度,则会在混凝土表面产生裂缝。(3)材料裂缝。材料裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格或骨料中含泥量过多而引起的。
3、大体积混凝土裂缝控制的理论计算
华荣.上海城D区,混凝土及其原材料各种原始数据及参数为:一是C35P8混凝土采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,其配合比为:水:水泥:砂:石子:粉煤灰:矿粉(单位Kg)=172:285:716:1070:60:100(每立方米混凝土质量比),砂、石含水率分别为3%、0%,混凝土容重
为2390Kg/m3。
二是各种材料的温度及环境气温:水30℃,砂、石子35℃,水泥40℃,粉煤灰35℃,矿粉35℃,环境气温32℃。3.1混凝土温度计算
(1)混凝土拌和温度计算:公式TO=∑Timici/∑mici可转换为:TO=[0.9
(mcTc+msTs+mgTg+mfTf+mkTk)+4.2Tw(mw-Psms-Pgmg)+C1(PsmsTs+PgmgTg)-C2(Psms+Pgmg)÷[4.2mw+0.9(mc+ms+mg+mf+m
k)] 式中:TO为混凝土拌和温度;mw、mc、ms、mg、mf、mk—水、水泥、砂、石子、粉煤灰、矿粉单位用量(Kg);Tw、Tc、Ts、Tg、Tf、Tk—水、水泥、砂、石子、煤灰、矿粉的温度(℃);Ps、Pg—砂、石含水率(%);C1、C2—水的比热容(KJ/Kg.K)及溶解热(KJ/Kg)。
当骨料温度>0℃时,C1=4.2,C2=0;反之C1=2.1,C2=335.本实例中的混凝土拌和温度为:TO=[0.9(285*40+716*35+1070*35+60*35+100*35)+4.2*30(172-716*3%)+4.2*3%*716*35]÷4.2*
172+0.9(285+716+1070+60+100)]=34.3℃.(2)混凝土浇筑温度计算:按公式TJ=TO-(α.Tn+0.032n)*(TO-YQ)式中:TJ—混凝土浇筑温度(℃);TO—混凝土拌和温度(℃);TQ—混凝土运送、浇筑时环境气温(℃);Tn—混凝土自开始运输至浇筑完成时间(h);n—混凝土运转次数。
α--温度损失系数(/h)本例中,若Tn取1/3,n取1,α取0.25,则:
TJ=34.3-(0.25×1/3+0.032×1)×(34.3-32)=34.0℃
3.2混凝土的绝热温升计算
Th=WO.QO/(C.ρ)
式中:WO—每立方米混凝土中的水泥用量(Kg/m3);QO—每公斤水泥的累积最终热量(KJ/Kg);C—混凝土的比热容取0.97(KJ/Kg.k);ρ—混凝土的质量密度(Kg/m3)
Th=(285*375)/(0.97*2390)=55.8℃
3.3混凝土的内部实际温度
Tm=TJ+ξ•Th
式中:TJ—混凝土浇筑温度; Th—混凝土最终绝热温升;ξ—温将系数查建筑施工手册,若混凝土浇筑厚度4.0m,则:ξ3取0.74,ξ15取0.55,ξ21取0.37.Tm(3)=34.0+0.74*55.8=75.3℃;
Tm(15)=34.0+0.55*55.8=64.7℃;
Tm(21)=34.0+0.37*55.8=54.6℃.3.4混凝土表面温度计算
Tb(T)=Tq+4h,(H-h,)△T(T)/H2式中:Tb(T)—龄期T时混凝土表面温度(℃);Tq--龄期T时的大气温度(℃);H—混凝土结构的计算厚度(m)。
按公式H=2h+ h,计算,h—混凝土结构的实际厚度(m);h,--混凝土结构的虚厚度(m);h ,=K•λ/Βk=--计算折减系统取0.666,λ—混凝土的导热系数取2.33W/m•K
β—模板及保温层传热系数(W/m2•K);
β值按公式β=1/(∑δi/λi+1/βg)计算;δi—模板及各种保温材料厚度(m);λi—模板及各种保温材料的导热系数(W/m•K);βg—空气层传热系数可取23(W/m2•K).T(T)--龄期T时,混凝土中心温度与外界气温之差(℃):
T(T)= Tm(T)-Tq,若保护层厚度取0.04m,混凝土灌注厚度为4m,则:
β=1/(0.003/58+0.04/0.06+1/23)=1.4:1 h,=K•λ/β=0.666×2.33/1.41=1.1;
H=2h+ h,=4.0+2×1.1=6.2(m)
若Tq取32℃,则:
T(3)=75.3-32=43.3℃ T(15)=64.7-32=32.7℃ T(21)=54.6-32=22.6℃
则:Tb(3)=32+4×1.1(6.2-1.1)×43.3/6.22=57.3℃ Tb(15)=32+4×1.1(6.2-1.1)×32.7/6.22=51.1℃ Tb(21)=32+4×1.1(6.2-1.1)×22.6/6.22=45.2℃ 3.5混凝土内部与混凝土表面温差计算
本工程中: T(3)s=75.3-57.3=18℃ △ T(15)s=64.7-51.1=13.6℃ △ T(21)s=54.6-45.2=9.4℃
4、计算结果分析
从以上计算可以看出,混凝土3d龄期时内外温度差达到最大值18℃,符合混凝土内外温差小于25℃的技术要求。但必须看到计算结果是基于养护环境温度为32℃,表面保温措施得当,入模混凝土温度为34℃条件下得出的。实际施工养护中有可能无法满足以上条件要求。2008年8月19日实测C30混凝土拌和后温度未36℃,当时拌和水温度为30℃,环境温度为32℃,若养护环境温度为夜间较低时的情况,假设为23℃,则△T(3)s=22.6℃,加上保温措施有可能达不到要求,有产生温度裂缝的可能,因此有必要采取一丁的措施防止温度裂缝的产生。
5、大体积混凝土施工技术措施
(1)降低混凝土入模温度。包括:浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温,尽量避开炎热天气浇筑。可采用温度较低的地下水搅拌混凝土,或在混凝土拌和水中加入冰块,同时对骨料进行遮阳保护、洒水降温等措施,以降低混凝土拌和物的入模温度,掺加相应的缓凝型减水剂。(2)加强施工中的温度控制。包括:在混凝土浇筑之后,做好混凝土的保温保湿养护,以使混凝土缓缓降温,充分发挥其徐变特性,减低温度应力。应坚决避免曝晒,注意温湿,采取长时间的养护,确定合理的拆模时间,以延缓降温速度,延长降温时间,充分发挥混凝土的“应力松弛效应”;加强测温和温度监测。可采用热敏温度计监测或专人多点监测,以随时掌握与控制混凝土内的温度变化。混凝土内外温差应控制在25℃以内,基面温差和基底面温差均控制在20℃以内,并及时调整保温及养护措施,使混凝土的温度梯度和湿度不致过大,以有效控制有害裂缝的出现(养护措施详见大体积砼浇筑方案)。
(3)提高混凝土的抗拉强度。包括:控制集料含泥量。砂、石含泥量过大,不仅增加混凝土的收缩而且降低混凝土的抗拉强度,对混凝土的抗裂十分不利,因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下,中砂含泥量控制在2%以下,减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响;改善混凝土施工工艺。加强早期养护,提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量;在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋,以
6.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇六
本文对大体积混凝土桥梁裂缝产生的原因作较全面的分析、总结,以方便设计、施工找出控制裂缝的可行办法,达到防范于未然的`作用.
作 者:高鹏 高明辉 作者单位:高鹏(佳木斯市路桥工程有限公司,156111)
高明辉(黑龙江省公路工程监理咨询公司,150000)
7.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇七
1 工程概况及施工情况
在某桥梁工程中, 开始施工不久, 在对已完成的4个桥墩进行检查时, 发现桥墩混凝土表面出现裂纹, 呈竖向分布, 位置在距承台顶面桥墩身大面中部竖向1.5~6m范围内, 裂缝数量1道, 两侧面对称分布。经测量裂缝宽均在0.2mm以下, 虽属规范允许范围, 但如不及时加以控制, 将影响桥墩外观质量和耐久性。经调查达成扩能改造工程全线其它标段桥梁墩台施工中均存此问题。
2 墩台混凝土开裂原因分析
经综合分析, 墩身混凝土表面开裂主要是混凝土内部水化热引起及混凝土干缩变形综合影响产生的裂缝。
2.1 水泥水化热影响。
水泥水化过程中产生大量的热量, 由于大体积混凝土截面厚度大, 且混凝土的导热性能较差, 致使水化热聚集在结构内部不易散发, 引起混凝土内部急骤温升;混凝土内外较大温差导致混凝土内部产生温度应力, 且温差越大, 产生的温度应力就越大;当混凝土的抗拉强度不足以抵抗此温度应力时, 就会产生裂缝。实践证明:大体积混凝土内外温差超过25℃时, 混凝土将产生裂缝。水泥越细, 早期强度越高;单位体积混凝土中水泥用量越大, 混凝土内部早期水化热引起的温升就越高。本例桥墩混凝土原采用重庆富皇水泥厂生产的普硅水泥P.032.5R, 水泥用量344kg/m3。该水泥为早强水泥, 细度较细, 混凝土水化速度过快, 水化热集中释放, 造成混凝土结构内外温差大于25℃, 引起墩台身混凝土表面开裂。
2.2 施工工艺及混凝土干缩影响。
施工工艺不当, 造成混凝土离析, 则混凝土浇筑完成后结构内部易形成不同材质粒组聚集区, 由于混凝土与混凝土中不同材质收缩率差异, 如混凝土凝结硬化过程中水泥浆收缩率较混凝土收缩率要大的多, 因此水泥浆聚集区就极易产生裂缝。具体导致原因为: (1) 混凝土搅拌时间影响。由于混凝土中掺入了高弦减水剂, 施工过程中, 混凝土搅拌时间过短 (少于3min) , 高效减水剂未充分发挥作用, 而在混凝土运输或浇筑后减水剂发挥了部分减水作用, 增大了混凝土坍落度, 造成了混凝土离析。 (2) 混凝土浇筑工艺影响。施工时, 混凝土泵送至桥墩托盘顶帽上部, 在距托盘左右侧模板边缘1/4宽度位置设置了2个串筒, 混凝土由串筒下落到浇筑面。随着混凝土浇筑, 串筒下的混凝土逐步形成了混凝土堆, 因施工设计}昆凝土配合比坍落度为16 cm, 流动性能好, 加上施工过程中振捣棒振动使混凝土向周边流动, 由于混合料比重的差异 (混凝土混合料比重分别为:水泥344kg/m3, 砂696kg/m3, 碎石1216kg/m3, 水168kg/cm3, 气泡2g/cm3, 粉煤灰92kg/m3) , 在流动过程中混凝土产生液化离析现象, 从混凝土堆中心由近至远依次是砂+石--水+水泥--水+粉煤灰--气泡。这样在两混凝土堆交界处 (墩身中部) 就形成了粉煤灰浆+水泥浆+气泡聚集区。一般混凝土的收缩率为0.4%~O.6%, 砂浆收缩率为0.8%~1.2%, 水泥浆收缩率为1%~2%, 即混凝土及混凝土中不同材质收缩率存在差异。加之, 墩身混凝土内部存在粉煤灰浆+水泥浆+气泡聚集区, 混凝土内部就存在了抗裂薄弱区。
2.3 外界气温变化的影响。
大体积混凝土结构在施工期间, 混凝土浇筑温度与外界温度有直接关系, 外界气温越高, 混凝土的浇筑温度就越高。刚浇筑的混凝土, 外界气温下降会增加混凝土的温度梯度, 特别是外界气温骤然下降, 会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温差, 因而会造成过大的温度应力, 易使大体积混凝土出现裂缝。
2.4 混凝土养生不良。
规范规定:为防止混凝土开裂, 混凝土内外温差不得超过25℃, 一般控制混凝土温差不大于20℃。施工中, 混凝土养生不到位, 混凝土受风或温差过大都易造成混凝土开裂。
3 桥墩混凝土防裂措施
针对桥墩混凝土裂缝产生的原因, 主要从控制混凝土的温升、延缓混凝土的降温速率、减少混凝土的收缩变形、提高混凝土的早期抗拉强度、加强施工中的保温及温度监测等方面采取措施。具体措施有:采用中、低热水泥品种;在满足强度和其他性能要求的前提下, 尽量降低水泥用量;掺加适宜的外加剂;选择适宜的骨料;控制混凝土出机温度和浇筑温度;采取表面保护、保温隔热措施, 降低混凝土内外温差。
3.1 混凝土原材料控制及配合比调整 (1) 选择水泥品种。
控制水泥水化热引起的温升, 减少混凝土内外温差, 对降低温度应力、防止产生温度裂缝起着重要作用。混凝土温升的热源主要是水泥在水化反应中产生的水化热, 因此选用低热或中热的水泥品种, 是控制混凝土温升最根本的方法。因此, 在后续施工的墩台身采用低水化热P.O42.5普通硅酸盐水泥代替P.032.5R普硅水泥, 水泥表面积比≤350m3/kg, 水泥熟料中的C3A含量≤8%。 (2) 调整混合砂比例。混凝土用砂细度模数M应在2.6~3之间, 机制砂应颗粒均匀, 粉含量 (0.06mm以下) 应小于20%。本例机制砂M细度为3.6;河砂M细度为1.2, 按机砂:河砂为2.3:1比例调整混合砂比例。 (3) 增加粉煤灰掺量, 替代水泥用量。本例掺合料采用Ⅱ级粉煤灰, 一般大体积混凝土粉煤灰掺量最大控制在40%以内, 本例原掺量27%, 现采用35%, 即每1m3混凝土中掺加粉煤灰136kg。 (4) 调整混凝土配合比, 墩身混凝土 (C30) 配合比调整如表1。由混凝土强度增长图对比可知, 混凝土浇筑完成后龄期前6d普硅32.5R水泥拌制的混凝土, 其强度增长率明显大于普通硅酸盐水泥拌制的混凝土, 龄期6d后采用P.042.5普通硅酸盐水泥混凝土强度增长大于普硅32.5R水泥拌制的混凝土。由此可推断出采用普硅32.5R水泥拌制的混凝土前期强度增长快, 故混凝土温升也大, 较容易产生裂缝, 而后者反之。
3.2 混凝土温度控制措施。
控制混凝土温度就是控制混凝土中心及表面之间、新老混凝土之间、混凝土表面和外界气温之间的温差在25℃以内。混凝土施工前应计算混凝土内部最高温度峰值, 估算混凝土结构内外最大温差, 采取相应控制措施。
(1) 热功计算:浇筑后混凝土内部温度-混凝土出机温度-运输过程中温度损失+水泥水化热温度。混凝土出机温度:根据美国ACl305R-91标准, 混凝土出机温度
式中:T为混凝土拌合物的温度 (出机温度) ;C温为水泥温度, 本例中为25℃;S温为砂温度, 本例中机制砂和河砂温度均为10℃;G温为卵石温度, 本例中为10℃;W温为拌合水温度, 本例中为11℃;C为每m砼中水泥用量 (kg) ;S为每m砼中砂用量 (kg) ;G为每m2砼中卵石用量 (kg) ;W为拌合水质量 (kg) 。则混凝土出机温度:T=12℃。混凝土运输过程中的温度变化, 本例混凝土运输距离为2km, 运输过程中湿度损失实测为1℃。水泥水化引起的混凝土温度上升, 经试验, 每m3混凝土中每100kg水泥水化热引起的混凝土温度上升值为10~12℃。本例中水泥水化引起的混凝土温度上升值:30℃。浇筑后混凝土内部的温度峰值:12℃-1℃+30℃=41℃。
(2) 施工期间外界气温为4~12℃, 混凝土与外界气温温差超过20℃, 需采取保温措施。本例根据施工实际情况, 采取保温罩保温措施。
3.3 施工工艺控制措施:
(1) 混凝土搅拌。施工前, 复核拌合水计量, 并在施工过程中, 反复检查水泵周围是否有淤泥、杂草等杂物影响水流量, 确保每盘用水量准确。高效减水剂称量后装入塑料袋, 每盘一袋, 严控高效减水剂用量。混凝土搅拌时间每盘不小于3min, 确保高效减水剂搅拌过程中充分发挥作用。控制混凝土坍落度为16±1cm。不合格者不得使用。 (2) 混凝土浇筑。顶帽、托盘及墩身一次立模, 先浇注墩身及托盘, 然后将绑扎好的顶帽及垫石钢筋吊装就位, 最后浇注顶帽混凝土。混凝土泵送至墩顶, 泵管出口接泵送软管至浇筑混凝土面, 混凝土分层浇注、逐层振捣。浇筑顺序从桥墩一侧向另一侧移动浇筑, 保证混凝土布料均匀, 浇筑一层后再返回来, 仍从先浇侧向另一侧浇筑。每浇筑层混凝土厚度不超过30cm, 混凝土振捣以泛浆为度。每棒振捣时间一般不大于20s, 距离模板边缘20cm, 振捣棒移动间距20cm。 (3) 混凝土养生。桥墩混凝土浇筑完成后, 墩顶混凝土外露面采用塑料薄膜覆盖养护, 采用保温罩将模板包裹保温养生, 保温罩分两层, 外层为不透水防雨布, 内层采用棉被, 保温罩接口处应密封, 不得漏风。混凝土浇筑完成7d后拆模, 拆模后立即覆盖塑料薄膜保湿养护, 塑料薄膜外采用保温罩密封保温, 直至温差不大于20℃时, 方可拆除保温罩。
4 混凝土温度监测
大体积混凝土的凝结硬化过程中, 及时摸清混凝土温度场升降变化规律, 随时监测混凝土内部的温度情况, 对于有的放矢的采取相应技术措施、确保混凝土不产生过大的温度应力、避免温度裂缝的产生, 具有极其重要的作用。混凝土测温采用圆盘式温度计2个, 分别测定混凝土内外温度。将温度计感应棒贴在模板外侧, 混凝土保温罩内测定混凝土表面温度。混凝土浇筑前在模板上预留测温孔, 将圆盘式温度计测线放人混凝土测温孔内测量混凝土内部温度。混凝土浇筑完成后, 每2h测定一次混凝土内外温度, 并计入测温记录表, 计算混凝土内外温差。
结束语
混凝土配合比采用双掺法 (掺减水剂和粉煤灰) 工艺, 水泥选用表面积比小于350m3/kg的P.042.5普通硅酸盐水泥, 有效的减少了水泥水化导致的混凝土内部温升, 降低了混凝土内外温差。严格施工工艺控制, 采取内控外保措施, 加强混凝土养护和温度监测, 采用保温罩保温, 控制混凝土内外温差不超过20℃, 能有效解决桥墩混凝土结构开裂问题。
摘要:如何防止温度应力和收缩应力裂缝, 是大体积混凝土结构施工中的一个重大课题。本文结合桥梁墩台施工实践, 分析了桥梁先期施工中桥墩混凝土表面出现裂缝的原因。介绍了改变混凝土原材料、调整混凝土配合比、改进施工工艺及对混凝土浇灌时进行温度控制和养生过程中采取防护保温等措施, 取得了良好效果, 可为类似工程施工提供借鉴。
关键词:大体积混凝土桥墩,裂缝分析,混凝土施工,防裂措施
参考文献
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[4]铁道科学研究院.TZ210-2005铁路混凝土工程施工技术指南[s].北京:中国铁道出版社, 2005.
8.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇八
关键词:大体积混凝土;温度裂缝;控制措施;养护;温度检测
1引言
随着国民经济和施工技术的迅速发展,现代建筑中涉及到大体积混凝土施工也越来越广,如高层建筑基础,大型设备基础、水利水坝等。所谓大体积混凝土,日本建筑学会标准(JASS5)定义为“结构断面最小厚度在80cm以上,同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土,称为大体积混凝土”,而我国《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009定义大体积混凝土为混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土,或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。
大体积混凝土主要特点是体积大,水泥水化热释放比较集中,内部温度升高比较快。当大体积混凝土内外温差较大时,会使混凝土产生温度裂缝。众多工程实践证明,大体积混凝土施工难度比较大,混凝土产生温度裂缝的几率较多,稍有差错,轻者会影响建筑物的抗渗性能和外观质量,重者还会严重影响建筑结构的安全,甚至造成坍塌事故,从而造成无法估量的损失。所以如何采取有效的措施减少温度差,防止大体积混凝土的温度裂缝,是一个值得非常关注的问题。本文结合大体积混凝土工程的一些实际经验,来探讨大体积混凝土温度裂缝的成因及控制措施,采取各种措施减少和控制温度裂缝的出现,来保证施工质量。
2大体积混凝土温度裂缝的成因
大体积混凝土结构的整体性要求高,施工时一般要求一次性整体浇筑。浇筑后,水泥因水化反应引起水化热,由于混凝土体积大,内部与表面散热速率不一样,聚集在内部的水泥水化热不容易散发,混凝土内部温度将显著升高,而混凝土表面则散热较快,与混凝土内部产生较大的溫度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。同时在浇筑初期混凝土的弹性模量和强度很低,对水化热急剧温升引起的变形约束不大,温度应力比较小。随着混凝土龄期的增长,其弹性模量和强度相应提高,对混凝土降温收缩变形的约束越来越强,即产生很大的温度应力,当混凝土的抗拉强度不能抵抗温度应力时,即产生温度裂缝。实践表明,影响大体积混凝土产生温度裂缝的主要因素有:
2.1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度升高的主要热量来源。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。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3~5d内内部的温度最高。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,当混凝土的抗拉强度不足以抵抗此温度应力时,便容易产生温度裂缝,这是大体积混凝土产生裂缝的最主要原因。
2.2内外约束条件的影响
大体积混凝土一般与地基整体浇筑在一起,当温度变化时会受到地基的限制,因而产生外部的约束应力。当混凝土早期温度上升时,产生的膨胀变形会受到约束面的约束而产生压应力,而此时混凝土的弹性模量很小,徐变和应力松弛却较大,与基层连接也不太牢固,因而压应力较小,但是当温度下降时,则产生很大的拉应力。若产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度,就会出现垂直裂缝。工程实践证明,当混凝土的内外温差小于25℃时,产生温度裂缝的几率就小得多,由此可见,降低大体积混凝土的内外温差和改善约束条件,是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。
2.3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要影响。混凝土浇筑温度与外界气温有着直接关系,浇筑温度又影响着混凝土的内部温度。大体积混凝土结构不易散热,其内部温度有的工程竟高达90℃以上,而且持续时间较长。如外界温度下降,特别是气温骤降,会加大混凝土的温度梯度,温差愈大,温度应力也愈大。此时混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当这个拉应力超过混凝土的抗拉强度时,大体积混凝土的表面就会出现裂缝。
3控制大体积混凝土温度裂缝的措施
大体积混凝土的施工技术要求较高,特别在施工中要防止混凝土因水化热而引起的温度差。在施工时,必须从原材料的选择、设计、施工技术、养护、温度检测等有关环节做好充分的准备工作,才能防止大体积混凝土温度裂缝的产生。
3.1原材料的选择
3.1.1优选水泥
由于温差主要是由水化热产生的,所以为了减小温差就要尽量降低水化热,为了降低水化热,优先采用水化热较低的中热或低热水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥,由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数,要降低水泥的水化热,主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数。试验表明:水泥中铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(C3S)含量高的,水化热较高,所以,为了减少水泥的水化热,必须降低熟料中C3A和C3S的含量。表一列出了普通硅酸盐水泥和矿渣水泥的水化热测试结果,表明矿渣水泥水化放热量较低,这将非常有利于减少大体积混凝土内部温度的上升。另外,在不影响水泥活性的情况下,要尽量使水泥的细度适当减小,因为水泥的细度会影响水化热的放热速率。
3.1.2优选粗细集料
保证在满足强度和施工性的前提下,采用尽量低的砂率,使混凝土中有足够的粗骨料。一定的粗骨料含量,可以有效的改善混凝土的抗裂能力;在保证混凝土级配正常的情况下,应尽量增大粗细集料粒径,可减少用水量,相同水灰比的情况下,减少了水泥用量,有利于减少水化热的产生;同时,应严格控制粗细集料的含泥量,如粗细集料的含泥量过高,不仅增加了混凝土收缩,同时又降低了混凝土的抗拉强度,对混凝土的抗裂十分不利。
3.1.3掺加粉煤灰
掺加粉煤灰可降低水泥用量,减少大体积混凝土的水化热温升。众所周知,粉煤灰与水泥水化产物发生“二次水化反应”,粉煤灰的火山灰反应较水泥水化迟缓,从而使体系的发热速率降低,使水泥的水化热在一定程度上延缓释放,这对大体积混凝土的温控极为有利。
3.1.4掺加缓凝型高效减水剂
缓凝型高效减水剂有效延缓水化热的释放,降低水化热放热峰值,使混凝土水化热释放趋于平缓,避免中心部位混凝土温度急剧上升导致温差增大。缓凝型高效减水剂的掺入,可大大减缓水泥的水化放热速率,有利于混凝土的温控,这对大体积混凝土温度的均匀性是非常有利的。
3.1.5掺加膨胀剂
可采用膨胀剂来控制混凝土裂缝的产生。膨胀剂具有膨胀作用,可通过补偿混凝土收缩有效防止混凝土裂缝的产生和扩展,增进混凝土的密实度,提高抗渗性能。
3.2设计优化措施
3.2.1精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽降低混凝土的单位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高效引气剂)高(粉煤灰掺量)”的设计准则,生产出高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值的抗裂混凝土。
3.2.2增配构造筋提高抗裂性能。配筋采用小直径、小间距。
3.2.3避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
3.2.4合理设置伸缩缝和沉降缝,以避免结构超长束缚混凝土变形而引起开裂。
3.3施工技术措施
3.3.1控制混凝土入模温度。为了降低大体积混凝土的总温升,减少结构的内外温差,控制混凝土的入模温度是非常重要的措施。入模温度的高低,与出机温度密切相关,另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关。
3.3.2采用推移式连续浇筑。在混凝土浇筑时采用“分层浇筑、分层振捣、一个斜面、一次到顶”的推移浇筑法。分层浇筑易于混凝土的振捣,且混凝土的暴露面少,有利于降低基础底板混凝土的最高温升,分层厚度宜控制在50cm左右;利用混凝土自然流淌形成的斜面的浇筑方法,能较好的适用泵送工艺,提高泵送效率,简化混凝土的泌水处理,保证上下层混凝土浇注不超过初凝时间。
3.3.3泌水处理和表面处理。①、在混凝土浇筑过程中须采取有效措施排除表面泌水,提高混凝土质量,减少表面裂缝。②、浇筑混凝土的表面处理也是减少表面裂缝的重要措施。由于泵送混凝土表面的水泥浆较厚,在混凝土浇筑后,先用长刮尺按标高刮平;在初凝前用铁滚筒碾压数遍,并用木楔打磨压实;终凝前再用盘圆磨光机压光一遍,以闭合收缩裂缝,以防止混凝土表面裂缝。
3.3.4二次振捣提高混凝土的极限拉伸值。大量现场试验证明,对浇筑后的混凝土进行振捣,能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙,提高混凝土与钢筋的握裹力,防止因混凝土沉落而出现的裂缝,减少混凝土内部微裂,增加混凝土的密实性,可使其抗压强度提高,从而提高其抗裂性。
3.3.5混凝土的养护。养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。大体积混凝土浇筑完成后,加强其表面保温、保湿养护,对防止混凝土的内外温差,防止出现表面裂缝有重要的作用。大体积混凝土的养护阶段防止温度裂缝的措施主要有:①浇筑后2h采用塑料膜对表面覆盖,可有效增加混凝土的表面温度,减少温度差;②混凝土浇筑后,应在终凝后两小时开始进行带水养护,养护期14天以上;③冬季施工时,在结构外露的混凝土表面以及模板外側覆盖保温材料,在缓慢的散热过程中,使混凝土获得必要的强度,以控制混凝土的内外温差小于25℃。为盖一层塑料薄膜和一层3cm厚的防水岩棉被对大体积混凝土进行保温养护。
3.3.6温度检测。要对大体积混凝土进行有效的温度控制,就必须进行科学检测。设置测温点,以便了解内外温差的数据,及时采取相应措施,以保证温度控制的准确性。大体积混凝土测温工作在混凝土浇灌开始进行,7d内每2h测试一次,7d后每4h测试一次,测温天数30d,在浇筑混凝土前预埋温度传感片和测温仪,一般布置上中下三个混凝土内部测温点,从浇筑开始测温,浇筑完后,根据温控指标,及时调整保温、保湿等养护条件。
大体积混凝土温度检测应注意以下几点:
①混凝土的内部温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的温差均应小于20℃。
②测温工作24h连续进行,专人负责,认真记录所测数据,并由施工现场人员配合,以保证测温工作顺利进行。
③测温工作应连续进行,直至温度变化满足控制要求范围后,方可停止测温。
④测温时,若发现混凝土内部最高温度与表面温度之差达到25℃或温度异常,应及时采取措施控制温差。
4结论
大体积混凝土施工中的主要问题是水泥的水化热使结构产生温度和收缩变形,由此导致产生有害裂缝,因此大体积混凝土施工中的主要任务是控制混凝土温度裂缝,提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀能力,提高结构的耐久年限。实践证明,在优选混凝土原材料、优化设计、改善施工工艺、加强施工过程控制、做好温度检测工作及加强混凝土养护等方面采取有效的措施,完全可以控制和减少大体积混凝土裂缝的产生,从而保证施工质量。
参考文献
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9.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇九
摘要:介绍了大体积混凝土概念的界定,从温度应力和内外约束两个方面浅析了大体积混凝土温度裂缝产生的机理,总结了混凝土开裂的三种方式。根据裂缝产生的机理,结合工程实践从设计和施工角度总结出大体积混凝土温度裂缝的控制措施。
关键词:大体积混凝土;温度裂缝;温差
在全球各地的土木工程中,混凝土是最重要的建筑材料,其强度高、耐久性好,广泛用于各类建筑物、构筑物。随着人类科技的不断进步,建筑技术的不断发展,各种新型结构相继涌现,使得大体积混凝土结构应用越来越广泛。但大体积混凝土自身导热性能较差,混凝土内部水化热量难以散发,而表面散热快,中心温度和表面温度的差异造成混凝土开裂。
混凝土的温度裂缝问题是一个相当普遍的质量问题,不仅影响建筑物的外观,更会危及建筑的正常使用及结构的耐久性。特别是随着建设规模的日趋增大,大体积混凝土结构日益增多,工程裂缝控制技术难度更高。很多研究学者对如何避免大体积混凝土开裂进行了研究,大部分学者提出采用埋设冷却水管的温控措施,或者使用微膨胀混凝土。但是这些方法不仅造价高,而且也不完全可靠。大体积混凝土温度裂缝的控制从设计、材料、施工等多方面入手,采用综合治理措施更为有效。大体积混凝土概念的界定
对大体积混凝土概念的界定问题,在工程界有一个逐步认识的过程。在研究初期主要是定量判别法,根据混凝土的厚度和温差来区别,采用0.8-1m和25℃作为区分的界限。
《JGJ55-2000 普通混凝土配合比设计规程》 采用定量和定性相结合的解释,其定义为:混凝土结构物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。
美国混凝土协会(ACI 116R—00)的解释是:“任意体量的混凝土,当其尺寸大到必须采取预防措施控制由于水泥水化热和体积变化以最大限度减少裂缝时,均可称为大体积混凝土”(concrete, mass-any volume of concrete with dimensions large enough to require that measures be taken to cope with generation of heat from hydration of the cement and attendant volume change , to minimize cracking)。
而日本建筑学会标准(JASS5)的解释为:“结构断面最小厚度在80cm以上,同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土,称为大体积混凝土”。
参考以上列出的解释,笔者认为大体积混凝土这个术语中的“大”在某种意义上属于约定俗成的说法;因为《JGJ55-2000 普通混凝土配合比设计规程》和美国混凝土协会(ACI 116R—00)的解释中提到的因水泥水化热和体积变化引起混凝土裂缝,并没有对体积做出定量要求,而包含了体积不大但因预计水泥水化热和收缩会引起混凝土裂缝时需要采取预防措施来控制裂缝的混凝土结构。2 2.1 大体积混凝土温度裂缝产生机理浅析 温度应力
超大体积混凝土由于水泥水化时会放出大量的水化热,而混凝土自身体积较厚,混凝土表面和内部的散热条件不同,混凝土表面由于直接和空气接触,散热条件好,热量可向大气中散发,表面温度上升较少;而混凝土内部自身导热性能差,水化热积聚在混凝土内部不易散发,温度会上升较多,这样就形成外低内高的温差。由于外部约束和内部约束的存在,使混凝土不能自由变形,于是就会在混凝土内部产生温度应力,这种由于温度变化产生的变形受到约束而产生的应力称为温度应力。由此可见:产生温度应力必须具备两个必要条件是温差和约束。温差越大,产生的温度应力越大,混凝土越容易开裂。当超大体积混凝土被完全嵌固时,它受到的约束最大,此时温度应力会达到最大值,当约束减小时,所产生的温度应力也随之减小,开裂的概率也随之降低。
2.2 约束
超大体积混凝土受到的约束一般分为内约束和外约束两种。2.2.1 内约束引起温度裂缝的机理
一个物体或一个构件本身各质点之间的相互约束作用称为“内约束”。大体积混凝土在水泥水化时,会形成外低内高的温差,这种温差会使大体积混凝土内部温度分布不均匀,会引起质点发生的变形不一致,从而产生内约束。大体积混凝土中心由于温度较高,所产生的热膨胀也较表面大,因而在混凝土中心产生压应力,而表面则产生拉应力。当表面拉应力超过混凝土的抗拉强度时,就会在大体积混凝土的外表面产生裂缝,这种裂缝比较分散、裂缝宽度小、深度也很小,俗称“表面裂缝”。它一般发生在浇筑后的温度上升阶段,是由于混凝土体积发生膨胀所形成的。表面裂缝的形状见图1所示。
图1 表面裂缝
2.2.2 外约束引起的温度裂缝的机理
一个物体的变形受到其它物体的阻碍,一个结构的变形受到另一个结构的阻碍,这种结构与结构之间,物体与物体之间,物体与构件之间,基础与地基之间的相互牵制作用称作“外约束”。大体积混凝土浇筑后数日(一般不少于5 d),水泥水化热基本上释放完毕,由于环境温度较低,这时大体积混凝土就会从最高温度开始逐渐降温,降温的结果会引起混凝土的收缩,同时混凝土中多余水分也随之蒸发,这样就会引起混凝土体积出现不同程度的收缩。而地基、其它结构往往会对大体积混凝土进行约束,让其不能自由变形,在这种外部约束的作用下,混凝土的内外温差就会产生温度应力。这种温度应力一般是拉应力,当该温度应力超过混凝土的抗拉强度时,就会从约束面开始向上出现开裂,从而形成温度裂缝。若温度应力足够大,裂缝会连续产生,甚至会贯穿整个截面。贯穿裂缝会严重影响结构的性能,它会破坏结构的整体性、耐久性、防水性,给结构带来重大的损伤,直接影响到工程结构安全。贯穿裂缝一般发生在混凝土的温度下降阶段,且外部约束较大,裂缝一般与约束面成直角关系。如约束体为桩基、岩体、以及老混凝土结构面时,约束力会更大,产生的温度应力也会更大。但只有在温差(最高温度与最终稳定温度差)25℃以上,才会出现这种裂缝。此外,不同的约束体会导致不同的贯穿裂缝,且其发生部位和裂缝的多少也会不一样。若产生贯穿裂缝,后期养护不到位,还会加剧裂缝发展。外部约束应力形成裂缝的情况如图2所示。
图2 部约束应力所形成的裂缝
虽然引起大体积混凝土开裂的原因很多,但是按照裂缝深度的不同,一般可将裂缝分为:贯穿裂缝、深层裂缝和表面裂缝。在这三种裂缝中,贯穿裂缝的危害最大,它贯穿了结构面,破坏了结构的整体稳定性,大大降低结构的安全使用性能。深层裂缝的危害其次,并没完全切断结构面,除地基或受既有建筑混凝土影响外,不会发展成贯穿裂缝,则对结构的影响不太大。表面裂缝的危害性一般较小,除特种结构(如:有防辐射要求的探伤室、有防水要求的堤坝等)外,表面裂缝可以通过抹灰等方式处理。
图3 大体积混凝士结构裂缝类型示意图 大体积混凝土温度裂缝的控制
混凝土开裂不但会使结构承载能力相应的下降,改变结构的受力状态,而且会影响到结构外表的美观,影响结构的正常使用。例如:若大坝开裂则会使水渗漏,若探伤室开裂则会使射线泄露,严重影响到结构的使用功能。因此,我们一定要采取有效措施控制大体积混凝土的开裂。王铁梦教授从1955年起就开始研究分析多种结构裂缝,并在此基础上,提出了“抗”、“放”的原则。许多学者在“抗”、“放”原则的基础上又提出了多种抗裂措施。在实际工程中,应结合工程特点灵活运用“抗”、“放”、“抗放”结合的原则控制裂缝的开裂。在实际工程的设计和施工中,就可以通过分析混凝土开裂的不同原因来采取具体的防裂措施。例如:开裂原因与结构设计和受力荷载有关时,应当结合概念设计、平面布置、受力加固等原则和方法考虑控制混凝土开裂的措施。控制大体积混凝土开裂的措施与一般混凝土相比,除了上述措施之外,由于大体积混凝土的固有特性(主要是混凝土中的温度应力和温差),还有一些其他的抗裂措施。下面重点分析在设计和施工中,控制大体积混凝土开裂的措施。
大体积混凝土裂缝控制措施可分为两类,一类是:设计措施:设计控制措施可以分为以下几点:①合理布置平面、立面;可以避免体型突变,保证各种系数达到规范要求(安全系数应当适当提高);②合理留设施工缝;施工缝位置应优先选在在受力较薄弱、剪力较小的结构上,例如:探伤室大体积施工时,其墙体的施工缝可以留在板底和墙体之间;③合理配置钢筋;一般大体积混凝土的配筋率较小,适当提高配筋率可以改善应力分布情况,增强混凝土的抗拉应力,抵抗温度应力的影响,降低裂缝产生的可能性。
控制大体积混凝土开裂的另一类措施是:施工措施,这是控制大体积混凝土裂缝的关键。其施工措施可分为以下几个方面:
(1)合理的混凝土配合比设计;配合比设计包括选材和比例控制,在选材时,水化热是造成大体积混凝土开裂的主要原因。配合比设计时,可以在保证混凝土结构强度的条件下,降低水泥的使用量,选用较低水化热的水泥(如粉煤灰硅酸盐水泥),或者在混凝土中添加适当的粉煤灰、矿粉等,减少水化热的产生量。避免选用早强水泥、含氯化物、含铝酸钙等影响大体积混凝土结构使用的水泥。掺加适当的添加剂如:减水剂(在同等强度条件下,减水剂可以降低水灰比,在保证水泥用量不变时,节约用水;在保证用水量不变时,节省水泥。)、微膨胀剂(微膨胀剂可以减少混凝土的体积收缩,减小混凝土的收缩应力。)。为防止混凝土开裂,要严格控制骨料级配、含泥量,严禁使用海砂。在进行配合比设计时,一定要经过多次试验,经过试验合格后,方可用于施工;经检验配合比不合格或强度不够的混凝土,严禁用于工程施工。
(2)施工工艺的选择;施工工艺包含搅拌、输送、浇筑等几个过程,为保证混凝土有良好和易性和加工性能,一定要做好搅拌和输送工作。另外,需要注意:搅拌站或商品混凝土供应站应当建在实际工程附近。搅拌前可先用冷水冲刷骨料,降低建筑温度;搅拌时应该投料次序准确,不得一次性全加,按照配合比设计原则分清先后次序,一般情况下应先投水泥搅拌;搅拌时间合理,不得发产生分层、离析现象。运输时应当迅速,运输方式、运输路径应当便捷,保证运输车辆的运行,防止堵塞和交通拥挤,尽量减少周转次数和输送时间,避免离析(一旦发生,应进行二次搅拌)现象。浇筑前应进行技术交底,确定浇筑方案,做好准备工作;浇筑时供料及时,不能有离析,振捣密实,增强混凝土密实度,大体积混凝土还应当采用振捣棒振捣,并在混凝土初凝前进行二次振捣;妥善处理泌水;浇筑完成后,应及时采取合理措施,进行养护。
(3)采取合适的温控方案;温控方案包括两种:保温法和降温法。降温法指在混凝土内部埋设冷水管,这种方法多用于水利、交通结构。保温法一种是在混凝土表面采用保温材料覆盖,这种方法适用于我国南方气温在15℃以上的季节,寒冷地区不太适用;另一种是表面蓄水保温,表面蓄水保温可以控制表面龟裂,保证工程质量。在采用温控方案时一定要结合结构所在的地理环境和结构的组成形式。在混凝土结构设计时应当采取合理措施,避免结构形式和受力荷载所造成的混凝土开裂:施工时应当保证每个施工工序、施工措施都严格按照施工技术方案进行,并做好预警方案,一旦施工过程中出现问题即可立即实施备案,防止问题继续发展。
参考文献:
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JGJ55-2000 普通混凝土配合比设计规程[S].北京: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.
10.大体积混凝土温差收缩裂缝通论文 篇十
大体积混凝土产生温差、收缩裂缝的主要原因有以下几点:
(1)水泥水化热引起的温度应力和温度变形。水泥在水化过程中产生大量的热量,使混凝土内部温度升高,因高层建筑基础大体积混凝土单方水泥用量多在400kg以上,1-3天放出的热量相当多,其内部最高温度可达70―80℃,夏季施工时会更高。当混凝土内部与表面温度过大时,就会产生温度应力和温度变形,当这种温度应力超过混凝土内外的约束时,就会产生裂缝;
(2)混凝土收缩与内外约束条件的影响。混凝土在凝结过程中产生收缩,由于受到下部地基的约束而产生拉应力,当拉应力超过混凝土的抗拉强度即产生垂直裂缝;另外,混凝土内部温度高,热膨胀大,因而中心产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度值和钢筋的约束作用时,同样会产生裂缝。
11.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇十一
【关键词】高铁桥梁;大体积混凝土;裂缝;材料;配合比
一、大体积混凝土的定义
大体积混凝土通常为现场浇筑的混凝土尺寸大到需要采取措施来应对水泥水化而产生的热量和伴随发生的体积变化,应尽可能减少温度裂缝。美国混凝土协会(ACI)给出的大体积混凝土的定义为:就地浇筑的混凝土,当尺寸大到一定要采取措施解决水化热问题来应对变形问题,来减少开裂的混凝土就能够称为大体积混凝土。我国《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55一2000)中明确的定义为:“大体积混凝土—混凝土结构物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。”
二、高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝产生的原因
高铁桥梁双线桥梁墩身以及高墩大尺寸桩基础承台等大体积混凝土结构通常要一次性进行整体浇筑。大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的,各类裂缝产生的影响原因如下:
(一)水泥水化热
水化热是指水泥与水发生水化反应放出的热量,水泥在水化反应过程中产生的热量较大,使大体积混凝土内部温度上升到 50℃ 以上,单位体积混凝土中水泥用量越大,其水化热越高。当混凝土内外温差过大时,就会产生与温差成正比的温度应力,温差越大,温度应力就越大,当温度应力大于混凝土内外约束力时,就越容易产生裂缝。
(二)外界温度变化
大体积混凝土结构在施工阶段,常受外界气温的影响,当外界温度发生变化时,混凝土会发生热胀冷缩现象。混凝土内部温度由水化热产生的绝热温度、施工浇筑温度和结构散热温度三者的叠加,当外界气温下降,特别是温度骤降时,外层混凝土与结构混凝土内部的温差会大大增加,产生温度应力,使混凝土开裂。
(三)混凝土的收缩变形
混凝土中大部分的水要蒸发,只有 20% 左右的水是水泥水化硬化所需的。混凝土在运输、浇注和振捣过程中,会有大量的吸附水会逸出,出现干燥收缩现象,而表面收缩速度快,中心收缩速度慢,于是在表面会产生拉应力并导致混凝土裂缝。在混凝土表层设置钢筋网片,可有效防止混凝土收缩开裂。随着水化反应的逐步完成和混凝土的散热作用,大体积混凝土温度会下降,导致混凝土产生体积收缩,由于混凝土内部热量是通过表面向外散发,在降温过程中,混凝土内部与表面的收缩程度不同,在内外约束的共同作用下,使收缩的混凝土产生拉应力,若此时的拉应力大于混凝土此龄期的抗拉强度,则大体积混凝土容易产生收缩裂缝。影响混凝土收缩变形的因素主要有水泥和外加剂的品种、混凝土配比、施工方法和养护条件等。
(四)混凝土的沉陷裂缝
由于模板支架的过早拆除、地基土质不匀、松软和回填土不实或浸水等原因,造成支架、支撑变形下沉而引发结构产生不均匀沉降而产生裂缝。特别是在软土地区,地基土遇水容易变形,造成地基不均匀沉降,使得建筑物( 构筑物) 产生开裂,这类裂缝多为深层裂缝或贯穿裂缝,危险性较大。
三、高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝的控制措施
(一)对材料和工艺的控制措施
大体积混凝土对于原材料的要求也比较高,尤其对于材料中所掺其他原料的比例要求更为严格,必须按照实际施工的要求,进行合理的掺配,从而使混凝土的性质更加稳定,更加符合高铁桥梁的工程要求;同时,对于混凝土浇筑的工艺也要合理控制,制定健全稳定的实施工艺,严格按照要求进行施工,进行分段分层的浇灌,从而保证混凝土分布更加均匀,所受的外界因素影响较低,从而保证大体积混凝土不易产生裂缝,从而减少了经济方面的损失,提高了工程质量。
(二)提高结构设计方案、减少裂缝产生
高铁桥梁施工时也要注意结构设计方面的问题,在施工中适当地构建钢筋结构,是保证混凝土稳定的主要措施,可以有效减少裂缝的发生,提高大体积混凝土的抗裂隙能力,提高其稳定性;同时,对于易发生裂缝的地带或者施工路段,要做好一些减缓裂隙的施工操作,从而在发生裂缝时,可以让裂缝得到缓冲,不至于对大体积混凝土带来较为严重的危害,利用完善的施工方案,确保大体积混凝土的施工操作更为严谨和实效,从而促进工程建设的顺利竣工,保障工程质量。
(三)优化混凝土配合比
在高铁桥梁工程中应优先选择低热以及中低热水泥,尽可能减少单位用水量和单位水泥用量。在骨料的选择上要优先选用含泥量低、热膨胀系数小的骨料,同时要做到骨料的连续级配。在粗骨料的选择上应钻用最大粒径大一些的,应尽可能地降低砂率。要高度重视掺入矿物掺和料,同步降低胶结材料水化热的作用。对于不同情况正确选择缓凝剂、减水剂、膨胀剂等。通过试验优化最佳的配合比。
(四)制定合理的施工方案
在混凝土拌制阶段,应确保拌制混凝土拌合物搅拌合成之后所达到的温度。在运送时间上要努力做到最短,冬季混凝土的入模温度应不低于 10℃,夏季混凝土的入模温度应不高于 25℃,同时要全面保证混凝土易性及坍落度要求。
在混凝土浇筑阶段,应选择合适的浇筑分层方法,保证混凝土连续浇筑不产生中断。
在混凝土振捣阶段,应注意振捣必须密实,同时要做好振捣后的混凝土表面的收光处理,在有必要市可进行二次振捣。
在混凝土养护阶段,目前相应的养护方法很多,比较常用的方法有保温蓄热法、预蓄水法、埋冷却水管法等等,可根据高铁桥梁工程的实际需要选择。
(五)合理规划施工、降低环境温度的影响
在施工时,要充分考虑环境温度的影响,在混凝土配合完成后,要在合理的温度范围之内进行施工操作,尽可能地将混凝土控制在适当的温度中,从而提高混凝土的稳定性,减少缝隙的发生,在浇筑完成后,对于混凝土的养护时间也尽量延长,同时,也要注意一些细小缝隙的问题,对于小的浅层的裂缝做到及时修补,将风险降到最低,从而确保整体的混凝土浇筑成功,性质稳定,促进高铁桥梁施工更加顺利。
(六)大体积混凝土裂缝修补的主要措施
1.表面修补法。
表面修补法适用于对建筑安全和结构承载力没有影响的表面裂缝。施工中常用措施有涂覆法、增加整体面层、压抹环氧胶泥、环氧浆液粘玻璃网格布和表面缝合等。
2.灌浆法。
灌浆法应用范围十分广泛,从细微裂缝到大裂缝均可运用,处理效果好。利用加压设备把浆液注入混凝土裂隙里。常用材料有水泥浆、环氧树脂、聚氨酯、聚氯乙烯胶泥、塑料油膏等。
3.结构补强法。
由于混凝土粉化、疏松、剥落、开裂和钢筋锈蚀,使结构物裂缝扩展、强度刚度降低、挠度增大,承载力削弱,以致结构物涉险服役,就要考虑采用加固法对混凝土结构进行处理,常用方法有: 加大截面法、体外预应力法、外包钢板法和碳纤维补强法。
四、结语
综上,只有采取有效的手段和实施正确的措施,从大体积混凝土自身的特点、性能、生产工艺等方面全面控制,才能确保大体积混凝土的质量更加稳定,从而减少裂缝的发生概率,降低裂缝带来的风险,使得高铁建筑的质量更加稳定。
参考文献:
[1]方迎春.桥梁大体积混凝土裂缝成因及改进方法[J].黑龙江科技信息,2015(19).
[2]刘振.桥梁大体积混凝土施工质量控制[J].科技创新与应用,2012(01).
12.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇十二
随着高层及超高层建筑、大型设备基础在我国大中城市的出现, 大体积混凝土应用越来越广泛。但由于其尺寸庞大, 水泥水化热散发困难, 使得混凝土浇筑后内外温差大, 这样大体积混凝土就容易产生严重的裂缝, 从而降低混凝土的强度、整体性以及抗渗能力等。因此, 必须找出迫使大体积混凝土产生温度裂缝的原因, 并采取行之有效的控制措施。
1 大体积混凝土产生温度裂缝的原因
大体积混凝土温度裂缝是其内部矛盾发展的结果。第一, 其内部温度发生变化引起应力和应变;第二, 混凝土具有自身的强度和抵抗变形的能力。混凝土温度变化产生的变形受到内、外部的约束后, 产生很大的应力。当温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度时, 就会出现裂缝。具体来讲, 是由于混凝土结构在硬化期间, 水泥放出大量的水化热, 这样内部温度不断上升, 形成内外温差, 随着内外温差的不断加大, 混凝土表面受到很大的拉应力, 而它的早期抗拉强度比较低, 这样就形成了裂缝。而这种温差只存在混凝土表面, 离开表面就减弱了, 这就是裂缝为什么只存在混凝土面层, 而表层以下结构仍然完整的缘故。另外混凝土结构温差较大, 受到外界约束力时, 在没有采取特殊降低措施、放松或取消约束时, 易发生贯穿温度裂缝。
1.1 水化热为主要因素
大体积混凝土在水化热时, 由于断面较厚, 水泥放出的热量聚集在结构物内部, 而不易散失。有实验测试证明:水泥水化热能引起20℃~30℃的升温, 甚至更高。可见, 水泥水化热是大体积混凝土产生温度裂缝的主要因素。混凝土的导热性能差, 在浇筑初期混凝土强度和弹性模量都比较低, 水化热引起的急剧升温约束不是很大, 引起的温度也不大, 但随着混凝土期龄的增加, 其弹性模量也跟着增高, 因而对混凝土内部降温收缩的约束也就越来越大, 直到产生很大的拉应力。
1.2 外界温度的差异
在大体积混凝土施工过程中, 其浇筑温度常受到外界气温的变化影响。外界气温越高, 混凝土的结构温度也就越高;若外界温度下降, 将会增加混凝土降温幅度, 特别在外界气温突然降低时, 会增加混凝土内外温差。而温度应力是由温差引起的变形造成, 温差越大, 温度应力也就越大。在外界温度较高时, 大体积混凝土内部不易散热, 有时温度高达60~65℃, 此外还有很大的延续时间。由此可见, 防止混凝土内外温差过大引起的温度应力非常重要。
1.3 混凝土的收缩变形
泵送混凝土具有流动性和抗裂性的特点, 而这两点又相互矛盾。因此在满足泵送塌落度的条件下应尽量降低水灰比。在控制混凝土的收缩性及提高抗裂性时, 就应该严格控制砂、石骨料和含水率, 并利用计算机自动调整配料的水灰比。必要时调整水泥水灰比, 减少用水量。在混凝土水泥水化过程中常发生收缩变形, 而只有少数为膨胀变形。可见, 混凝土收缩变形产生的应力不容忽视。
2 大体积混凝土温度裂缝的控制措施
从上文可以看出, 大体积混凝土温度裂缝产生的原因有很多种, 因此在施工时应结合各种因素, 控制混凝土的入模温度, 缩小混凝土内外温差, 延长降温速率等, 以此减少混凝土的收缩变形带来的影响。主要控温措施有以下几种。
2.1 温度控制采取的措施
入模温度、最高温度、养护温度是大体积混凝土温度控制中主要考虑的三个方面。其中入模温控, 取决于混凝土入模时各种原料的初始温度。在施工时, 加冰冷却拌合水、骨料、水泥等, 在外界温度较低时浇筑混凝土, 在运输时采取麻袋覆盖喷水冷却降温。最高温控:在混凝土内部预埋水管, 通入冷却水, 降低内部最高温度。这种方法具有适用性好、比较灵活的特点。养护温控:采用混凝土表面保温法, 降低混凝土内外温差, 这样可以减少大体积混凝土的裂缝, 特别是表面的裂缝。
2.2 降低混凝土的内温
通过大量实验证明, 水泥的用量能直接影响混凝土水化热温升。由此可见, 在进行混凝土配比时, 在满足混凝土施工时要求应尽量减少水泥用量。为防止温度裂缝, 减低水热温升, 应利用双掺技术, 以粉煤灰替代部分水泥。合理选择混凝土的配合比。
合理选择水泥类型、严格控制水泥用量。优先选用425R普通高标号水泥, 减少水泥用量。充分利用矿渣硅酸盐水泥的特性, 减少水化热, 降低混凝土温度。充分利用混凝土后期强度, 降低水泥量, 推迟水化热峰值期。
严格控制骨料级配和含泥量。骨料宜选择10~40mm连续级配碎石, 中砂宜选系度模数在2.80~3.00 (砂率控制在40%~45%) 。其中砂石的含泥量不用超过1%, 且不得混有其他杂质。
选择适当的掺合料和外加剂。选择粉煤灰作为掺合料, 可替代部分水泥, 降低水化热。同时它还可以减少混凝土中水的用量, 减少泌水和离析现象的发生。提高混凝土的后期强度, 便于抗裂。采用缓凝高效减水剂FDN, 可以减缓水泥水化热的速度, 利于水化热量的散失, 减低混凝土内部的温度, 能有效避免温度裂缝的产生。另外, 在混凝土中掺入适量的UEA膨胀剂, 可以有效防止混凝土产生裂缝, 提高混凝土的强度和耐久性。
2.3 斜面分层法施工工艺
在大体积混凝土施工中, 采用“定段定点, 一个坡度, 薄层浇筑, 循序推进, 一次到顶”的方法称之为斜面分层法。这种方法根据泵送大体积混凝土的特点和工程的实际情况来决定。它能很好的适应泵送工艺, 减少混凝土运输管道经常拆洗、接长的特点, 不仅提高了泵送效率, 还简化了混凝土泌水处理, 保证了上、下层混凝土浇筑间隔不超出初凝的时间限制。根据混凝土泵送时形成的一个自然的坡度, 在每个浇筑带的前后布置两道振动器。为解决上部混凝土密实情况, 第一道振动器应布置在混凝土出料口处。为确保下部混凝土的密实情况, 在混凝土坡脚处布置第二道振捣器。这样随着混凝土浇筑工作的推进, 振动器也相应的跟着推进, 已确保混凝土的施工质量。
2.4 施工温度的监测
为了及时掌握大体积混凝土各个部位温度的变化, 应对其内部各部位进行温度监测, 这样可以有效的采取措施降低其内部温度, 保证工程质量。在混凝土浇筑1~5d, 这个阶段混凝土温升最快, 在这期间, 应每30分钟读取一次数据, 此后读取时间可延长。比如, 在6~20d, 可每3小时读取一次数据;21~30d, 可每6小时读取一次数据。
2.5 后期养护
浇筑施工完成拆模后, 应及时回填土或进行覆盖保护。以防混凝土早、中期由于天气变化影响混凝土内外温差变化, 产生裂缝。对于大体积混凝土的养护, 在满足强度增长需要的同时, 还要进行人工控制温度的变化, 以防混凝土开裂。
3 结束语
大体积混凝土温度裂缝控制非常复杂, 它是一项技术性强的系统工程, 涉及到很多因素。因此, 在以后的大体积混凝土施工中, 应因地制宜, 采取完善的技术措施, 认真做好每一个施工环节, 就能更好的控制混凝土裂缝问题的出现。
参考文献
[1]杜建豹.大体积混凝土温度裂缝防治措施[J].陕西建筑, 2010 (1) .
[2]张占伟.大体积混凝土温度裂缝成因与控制[J].山西建筑, 2010 (1) .
[3]龚亮.大体积混凝土温度裂缝的原因分析及防治对策[J].山西建筑, 2011 (7) .
13.大体积混凝土裂缝分析及措施论文 篇十三
现代科技学院本科毕业论文
题 目:大体积混凝土结构裂缝控制与研究
学 部: 工程技术学部
学生姓名: 王宗盛 专 业:
土木工程
班级学号: 20*** 指导教师姓名: 刘京红 王印
指导教师职称: 教授 副教授
2015 年 5月 20日
大体积混凝土结构裂缝控制研究
土木工程1001班 李军辉 指导教师:刘京红 王印
摘要:随着我国经济的发展,工程建设规模也越来越大型化、复杂化。这使得工业与民用建筑中的大体积混凝土温度裂缝问题日益突出并成为具有相当普遍性的问题。大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂,它涉及到和工程结构相关的方方面面。对大体积混凝土基础的温度裂缝控制更是涉及到岩土、结构、建筑材料、施工、环境等多专业、多学科。大体积混凝土在硬化过程释放的水化热会产生较大的温度变化,由此产生的温度应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素,从而影响结构的整体性、防水性和耐久性,并成为结构的隐患。因此,大体积混凝土在施工中必须考虑裂缝控制。总结分析了大体积混凝土温度裂缝产生的原因以及控制措施,根据具体情况把这些措施灵活应用于具体大体积的基础工程施工,在施工中对材料选择、配合比、外加剂、施工布置、浇筑工艺、养护等几个环节采取了严格的控制措施,并同时对基础典型位置的内外温度差进行了监测。针对基础工程所采取的温控措施和监测结果,为同类工程的施工提供了参考,也为进一步的理论研究提供了依据。
关键词:
大体积混凝土;裂缝控制;水化热;温度应力
Research on Control to Cracks of Massive Concrete Structure
Abstract :With economic development of China, the scale of construction works is become more and more large and complicated.This makes the temperature cracks of massive concrete structure in industrial buildings become increasingly prominent with a universal problem.The problem of temperature cracks of Massive concrete is very complicated.It involves all aspects of the engineering structure.The control to massive concrete foundation temperature cracks is more related to rock, structure, building materials, construction, environmental, and other multi-disciplinary.The heat of hydration is released in the hardening process of massive concrete will cause a greater temperature changes.The resulting temperature stress is the main factors to cause concrete cracks, then it affect integrity, waterproof and durability of the structure, and it become a hidden danger of structure.Cracks control must be considered during the construction of massive concrete structure.The mechanism and control measures of temperature cracks of massive concrete foundation in this paper are analyzed.According to circumstances, these measures are applied in construction of the specific massive concrete foundation.Strict control measures are taken during the construction in the choice of materials, mix, additives, construction layout, pouring technology, conservation and other links, at the same time, temperature difference between the internal and external of the foundation in the typical locations are monitored.The monitoring results show that the temperature differences are all reasonable, cracks are avoided.In addition, control measures of temperature cracks are taken that are reasonable and effective.The temperature control measures and monitoring results not only provides a convenient for the similar construction projects, but also provides reference data for further theoretical research.Keywords: massive concrete;cracks control;hydration heat;temperature stress
目录
第 1 章
绪
论................................................................................................1
1.1 课题的背景与实际意义.........................................................................1
1.1.1 大体积混凝土的定义................................................................1 1.1.2 大体积混凝土在工程上的应用................................................1 1.2 国内外研究现状.....................................................................................2
1.2.1 国内情况......................................................................................2 1.2.2 国外情况......................................................................................2 1.3 本文研究的内容和研究方法.................................................................2
1.3.1 研究的内容..................................................................................2 1.3.2 研究的方法..................................................................................3
第 2 章 大体积混凝土裂缝产生的原因分析及预测........................................4
2.1 裂缝的种类.............................................................................................4
2.1.1 微观裂缝......................................................................................4 2.1.2 宏观裂缝......................................................................................4 2.2 大体积混凝土裂缝产生的原因分析.....................................................4
2.2.1 水化热的影响..............................................................................5 2.2.2 内外约束的影响..........................................................................5 2.2.3 外界气温变化的影响..................................................................5 2.2.4 混凝土的收缩变形影响..............................................................5
第 3 章 大体积混凝土裂缝控制措施................................................................6
3.1 大体积混凝土裂缝控制措施.................................................................6
3.1.1 设计措施......................................................................................7 3.1.2 材料控制措施..............................................................................7 3.1.3 施工措施......................................................................................8 3.1.4 监测措施....................................................................................9 3.2 混凝土结构裂缝处理.........................................................................10 参考文献..............................................................................................................1
1第 1 章
绪
论
1.1 课题的背景与实际意义
许多混凝土结构建筑物在建设工程中和使用工程中出现了不同程度、不同形式的裂缝,这是一个相当普遍的现象。它是长期困扰着建筑工程技术人员的技术难题。近代科学关于混凝土强度的细观研究以及大量工程实践所提供的经验都说明,结构物的裂缝是不可避免的,裂缝是一种人们可以接受的材料特征,如对建筑物抗裂要求过严, 必将付出巨大的经济代价; 科学的要求应是将其有害程度控制在允许范围内。这些关于裂缝的预测、预防和处理工作,统称之为“建筑物的裂缝控制”,这方面的科学研究工作是有重要的现实意义和技术经济意义,大体积混凝土结构裂缝主要是由于变形作用引起的。
1.1.1 大体积混凝土的定义
对于大体积混凝土的定义,美国混凝土学会有过这样的规定:“任何就地浇筑的大体积混凝土,其体积之大,必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大限度地减少开裂。”[1]日本建筑学会标准的定义是:“结构断面的最小尺寸在 800mm以上,同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过 25℃的混凝土,称之为大体积混凝土。”[2]我国工程界认为当混凝土结构断面尺寸大于 1m 时,就称之为大体积混凝土。[3]文献指出:在工业与民用建筑结构中,一般现浇的连续墙结构、地下构筑物及设备基础等是容易由温度收缩应力引起裂缝的结构,通称为“大体积混凝土结构”。
从国内外对大体积混凝土的定义来看,大体积混凝土在几何尺寸上较大,同时考虑了水泥水化热引起的体积变化与裂缝问题。
1.1.2 大体积混凝土在工程上的应用
在水利工程中,大体积混凝土主要用于混凝土大坝的浇筑,如三峡大坝混凝土的浇筑,其混凝土浇筑规模之大举世瞩目;在桥梁工程中,主要用于桥墩的大体积混凝土浇筑;在工业与民用建筑结构中,大型设备基础、高层建筑箱形基础底板、筏式基础底板、连续墙以及地下隧道都属于大体积混凝土结构。随着经济实力的增强,我国高层或超高层建筑大量涌现,工程规模日趋扩大,结构形式也日趋复杂,大型工业与民用建筑中的一些基础,其体积达几千 m ³以上者屡见不鲜,而一些超高层的民用建筑的筏式基础混凝土的体积有的达 1 万 m 3以上,厚度达 2~4m,长度超过 100m。如上海金茂大厦大体积混凝土筏式基础,厚度达 4m,混凝土总量为 13500 m 3。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内情况
我国对于混凝土开裂方面研究较多,而在建筑工程中,对于荷载作用下已硬化混凝土开裂方面有些成果外,随着大规模基本建设的进行,商品混凝土的应用所带来的新问题,国内对非荷载作用下混凝土开裂的研究主要集中在开裂的原因和控制措施上。
黄土元教授[4]从混凝土材料本身分析了早期混凝土开裂的原因,施工单位为了提高工期过渡地追求早强水泥,水泥生产厂商为了适应市场的需要也追求早强,甚至“超早强”。而对早强混凝土早期性能的研究相对不足。不少水泥的 3 天强度已超过国家标准很多,过高的早期强度容易产生早期裂缝。同时高早强容易引起混凝土后期性能的劣化。
1.2.2 国外情况
从国外有关规范及一些重大工程的实际设计看出,对待建筑结构变形作用引起的裂缝问题,客观上存在着两类学派:
第一类,设计规范规定得很灵活,没有验算裂缝的明确规定,设计方法留给设计人员自由处理。对伸缩缝和沉降缝的设置,没有严格规定,基本上按经验设置,有许多工程不留伸缩缝,不留沉降缝,基本上采取“裂了就堵,堵不住就排”的实际处理手法。一些有关的裂缝计算则只作为参考资料而不作为规定。
第二类,设计规范有明确规定,对于荷载裂缝有计算公式并有严格的允许宽度限制。对于变形引起的裂缝没有计算规定,只要按规范每隔一定距离留一条伸缩缝,荷载差别大,留沉降缝就认为问题不复存在了,即留缝就不裂的设计原则。
有关温度对混凝土结构变形的影响,各国也有相应的规定。对于大体积混凝土的浇筑温度,美国规定不超过 32℃;日本土木工程学会施工规范规定不超过 30℃,日本建筑学会规范规定不超过 35℃。前苏联规范规定:浇筑表面系数大于 3 的结构时,混凝土从搅拌站运出时的温度不超过 30~35℃;原西德规范规定:新拌混凝土卸车时的温度不得超过 30℃。在我国,《水工混凝土结构工程施工及验收规范》(SDJ207-82)规定:大体积混凝土浇筑温度不宜超过 28℃;而在《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)中仅规定:“基础大体积混凝土连续浇筑时,应实测内部温差”,但并无具体控制值。
1.3 本文研究的内容和研究方法
1.3.1 研究的内容
1).结合工程实践研究大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土施工过程中,由于混凝土中水泥的水化作用是放热反应,大体积混凝土自身又具有一定的保温性能,因此其内部温升幅度较其表面的温升幅度要大得多,而在混凝土升温峰值过后的降温过程中,内部降温速度又比其表层慢得多,在这些过程中,混凝土各部分的热胀冷缩(称为温度变形)及由于其相互
约束及外界约束的作用而在混凝土内部产生的应力(称为温度应力),是相当复杂的。一旦温度应力超过混凝土所承受的拉力极限值时,混凝土就会出现裂缝。这是混凝土浇筑后由于温升影响产生的第一种裂缝。
由于温升影响产生的第二种裂缝是收缩裂缝。这种裂缝产生在混凝土的降温阶段,即当混凝土降温时,由于逐渐散热而产生收缩,再加上混凝土硬化过程中,由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发,以及胶质体的胶凝等作用,促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩,在收缩时由于受到基底或结构本身的约束,会产生很大的收缩应力(拉应力),如果产生的收缩应力超过当时的混凝土抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝,这种收缩裂缝有时会贯穿全断面,成为结构性裂缝,带来严重的危害。
2).研究大体积混凝土裂缝控制的技术措施
设计方面:采用留永久变形缝作法或设置后浇带;合理的平面和立面设计,避免截面的突变,从而减少约束应力: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;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;采用滑动层来减小基础的约束。
材料方面:科学地选用材料配比,用较低的水灰比、水和水泥用量;选用中热或低热的水泥品种;掺加外加剂;掺加粉煤灰减少水泥用量;严格控制砂石骨料的含泥量。
施工方面:用保温隔热法对大体积混凝土进行养护;控制水化热温升,混凝土中心与表面的最大温差不高于 25℃;控制降温速度;用草袋和塑料薄膜进行保温和保湿;用冷却水管来降低水化热,或使用微膨胀混凝土;采用分层浇筑或跳仓浇筑方法。
1.3.2 研究的方法
本文结合大庆石化高压聚乙烯装置防爆坝承台施工实践,采取相应的裂缝控制措施,监控大体积混凝土温度,分析温度曲线,研究分析了大体积混凝土温度裂缝的产生机理,分析裂缝的主要影响因素。从设计、原材料、配合比、外加剂、施工工艺等几方面研究大体积混凝土的温度应力、开裂原因和裂缝控制措施,验证裂缝控制措施的效果。
第 2 章 大体积混凝土裂缝产生的原因分析及预测
2.1 裂缝的种类
文献[6]指出,按混凝土的裂缝宽度不同,可将混凝土裂缝分为“微观裂缝”和“宏观裂缝”两种。
2.1.1 微观裂缝 世纪 60 年代以来,通过混凝土的现代试验研究设备(如各种实体显微镜、X 光照相设备等),可以证实在尚未承受荷载的混凝土结构中存在着肉眼看不见的微观裂缝。其宽度为 0.05 m m 以下。微观裂缝主要有粘结裂缝,水泥石裂缝和骨料裂缝三种。
2.1.2 宏观裂缝
混凝土中宽度不小于 0.05 m m 的裂缝是肉眼可见裂缝,亦称宏观裂缝。宏观裂缝是微观裂缝不断扩展的结果。
宏观裂缝又可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种,见图2-1
2.2 大体积混凝土裂缝产生的原因分析
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。
2.2.1 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。在水利工程中一般为 15~25℃ [7]。而建筑工程中一般为 20~30℃,甚至更高。试验表明,水泥水化热在 1~3 天内放出的热量最多,大约占总热量的 50%左右,混凝土浇筑后的 3~5 天内,混凝土内部温度最高。
建筑结构混凝土强度等级日趋提高,但有许多结构不适当的选择了过高的强度等级。习惯上认为:“强度等级越高安全度越大,就高不就低,提高混凝土强度没坏处”。
2.2.2 内外约束的影响
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。
1).外约束
一个物体的变形受到其他物体的阻碍,一个结构的变形受到另一个结构的阻碍,这种结构与结构之间,物体与物体之间的相互牵制作用称作“外约束”。由于各种建筑结构所处的具体条件不同,便在结构之间产生不同程度的约束,按约束程度的大小,外约束又分为无约束(自由体)、弹性约束和全约束(嵌固体)三种。
2).内约束
一个物体或一个构件本身各质点之间的相互约束作用,称为“内约束”。沿着一个构件截面各点可能有不同的温度和收缩变形,引起连续介质各点间的内约束应力。结构物的裂缝中,非贯穿的表面裂缝占 60%~70%。其开裂原因主要是变形变化引起的自约束应力。当各种大体积混凝土厚度大于或等于 500mm时,就可能由于水化热的不均匀降温和不均匀收缩引起的显著的自约束应力,导致表面开裂。
2.2.3 外界气温变化的影响
大体积混凝土结构在施工阶段,外界气温的变化对防止大体积混凝土开裂有着重大影响。因为外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也愈高;而如果外界温度下降,又增加混凝土的降温幅度,特别是气温骤降,会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度,因而会造成过渡的温度应力,易使大体积混凝土出现裂缝。
混凝土的内部温度是由水化热的绝热温升、浇筑温度和结构物的散热温度等各种温度的叠加之和组成,而温度应力则是由温差所引起的温度变形造成的;温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土由于厚度大,不易散热。
2.2.4 混凝土的收缩变形影响
1).混凝土的收缩
大部分混凝土结构裂缝的原因是由于变形作用引起的,而变形作用包括温度、湿度及不均匀沉降等。在几种变形中,湿度变化引起的裂缝又占主要部分。混凝土重要组成部分是水泥和水,通过水泥和水的水化作用,形成胶凝材料,将松散的砂石骨料胶合成为人工石体——混凝土。
混凝土中含有大量空隙、粗孔、及毛细孔,这些空隙中存在水分,水分的活动影响到混凝土的一系列性质,特别是产生“湿度变形”的性质对裂缝控制有重要作用。混凝土中的水分有化学结合水、物理—化学结合水和物理力学结合水三种。
2).收缩的种类
①自生收缩
混凝土硬化过程中由于化学作用引起的收缩,是化学结合水与水泥的化合结果,也称为硬化收缩,这种收缩与外界湿度变化无关。
②塑性收缩
混凝土浇筑后 4~15 小时左右,水泥水化反应激烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发现象,引起失水收缩,是在初凝过程中发生的收缩,也称之为凝缩,此时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形,都发生在混凝土终凝之前,即塑性阶段,故称为塑性收缩。
③碳化收缩
大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形称为碳化收缩。
④干缩(失水收缩)
水泥石在干燥和水湿的环境中要产生干缩和湿涨现象,最大的收缩是发生在第一次干燥之后,收缩和膨胀变形是部分可逆的。
3)、收缩的影响因素
水泥用量越大,用水量越大,表现为水泥浆量越大,塌落度大,收缩越大,因此避免雨中浇筑混凝土,遇小雨,应采取防雨措施(特别是下料部位)并调整水灰比。
4)、混凝土的体积变形
混凝土在水泥水化过程中要产生一定的体积变形,成为“自由体积变形”。混凝土的收缩机理比较复杂,其主要原因,可能是内部空隙水蒸发变化时引起的毛细管引力。收缩在很大程度上是有可逆现象的。如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以回复膨胀并几年达到原有的体积。干湿交替将引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是很不利的。
第 3 章 大体积混凝土裂缝控制措施
3.1 大体积混凝土裂缝控制措施
实践经验表明,现有大体积混凝土结构的裂缝,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采用中、低热的水泥品种;②对混凝土结构进行合理的分缝分块;③在满足强度和其它性能要求的前提下,尽量降低水泥用量;④掺加适宜的外加剂;⑤控制混凝土的出机温度和浇筑温度;⑥选择适宜的集料;⑦预
埋水管、通水冷却、降低混凝土的出机温度和浇筑温度;⑧采用表面保护、保温隔热措施,降低内外温差;⑨采取防止大体积混凝土裂缝的结构措施。
3.1.1 设计措施
1).设置后浇带
在现浇整体式钢筋混凝土结构中,只在施工期间保留的临时性施工缝,称为“后浇带”。该“后浇带”根据具体条件,保留一定时间后,在进行填充封闭,后浇成连续整体的无伸缩缝结构。因为这种缝只在施工期间存在,所以是一种特殊的施工缝。但是,又因为它的目的是取消结构中的永久性变形缝,与结构的温度收缩应力和差异沉降有关,所以它又是一种设计中的伸缩缝和沉降缝,一种临时性的变形缝。它既是施工措施,又是设计手段。
2).合理配置钢筋
在常温和允许应力状态下,钢筋的性能是比较稳定的,其与混凝土的热膨胀系数相差不大。
3).设置滑动层
为了减小混凝土由于边界存在约束而产生温度应力,在与外约束的接触面上全部设置滑动层,则结构计算长度可折减约一半。
4).避免应力集中
在结构的孔洞周围,变断面转角部位,转交处等,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,可在空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。
5).设置缓冲层
设置缓冲层,即在高低底板交接处、底板地梁处等,用 30~50mm 厚的聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔离,以缓冲基础收缩时的侧向压力。
6).设置应力缓和沟
3.1.2 材料控制措施
1).水泥品种选择和用量控制
大体积混凝土结构引起裂缝的主要原因是:混凝土的导热性能较差,水泥水化热的大量积聚,使混凝土出现早期温升和后期温降现象。因此,控制水泥水化热引起的温升,即减少混凝土内外温差,对降低温度应力,防止产生温度裂缝将起到十分重要的作用。
2).掺加外加料
大体积混凝土一般体积都较大,其主要特征:结构厚、混凝土量大,水泥水化热使结构产生温升和收缩变形,因此混凝土裂缝控制是一个十分关键的技术。为了保证混凝土的整体性,密实性和耐久性不受影响,在大体积混凝土中掺入外加剂和外掺料,充分利用它们各自的优点,相互补充并采取科学的施工工艺及合理的混凝土养护措施来控制裂缝,防止渗漏,从而保证大体积混凝土的施工质量。混凝土中常用的外加料主要是外加剂和掺合料。
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。集料的选用应根据就地取材的原则,首先 考虑成本较低、质量优良、满足要求的天然砂石料。3.1.3 施工措施
1).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,减少结构物的内外温差,控制混凝土出机温度和浇筑温度同样非常重要。
① 控制混凝土的出机温度
根据搅拌前混凝土原材料总的热量与搅拌后混凝土总的热量相等的原理,可用下公式计算
T0=[(CS+CWQS)WSTS+(Cg+CwQg)WgTg+CcWcTc+Cw(WwQsWc-QgWs)Tw]/(CsWs+CgWg+CwWw+CcWc)
(3-1)
式中
CS,Cg,Cc,Cw—分别为砂、石、水泥、和水的比热,J/Kg·℃;
Ws,Wg,Wc,Ww—分别为每 m3砂、石、水泥、和水的用量,Kg;
TS,Tg,Tc,Tw—分别为砂、石、水泥、和水的拌合温度,℃;
QS,Qg—分别为砂、石的含水量,%。
计算时一般取 CS= Cg= Cc=800(J/Kg·℃);
Cw=4000(J/Kg·℃)。
由以上计算公式可以看出,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。如在气温较高时,为防止太阳的直接照射,可在砂石堆料场搭设简易的遮阳装置,砂石温度可降低 3~5℃。在拌合前用冷水冲洗粗集料,在储料仓中通冷风预冷,再加上冰屑拌合,可使混凝土的出机温度达到 7℃的要求。
② 控制混凝土的浇筑温度
混凝土从搅拌机出料后,经搅拌车或其它工具运输、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。
2).大体积混凝土配合比的控制
① 当大体积混凝土的强度等级为 C20 以上时,经设计单位同意,可利用混凝土 60天的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计的依据。这样有利于降低大体积混凝土工程施工中因水泥水化热引起的温升,达到降低温度应力的目的,同时也节约施工及保温养护费用。
② 大体积混凝土配合比的选择,在保证基础工程设计所规定强度、耐久性等要求和满足施工工艺特性的前提下,应按照合理使用材料、减少水泥用量和降低混凝土的绝热温升的原则进行选择。
3).混凝土的浇筑与养护 ① 浇筑方案
混凝土的浇筑方法可用分层连续浇筑或推移式连续浇筑
对于工程量较大、浇筑面积也大、一次连续浇筑层厚度不大(一般不超过 3m),且浇筑能力不足时的混凝土工程,宜采用推移式连续浇筑法。
②
采取分层浇筑混凝土时,水平施工缝的处理 ③
混凝土的拌制、运输
4).大体积混凝土的冬期施工
在工业与民用建筑钢筋混凝土结构的冬期施工中,主要是防止早期混凝土被冻问题;而在大体积混凝土的冬期施工中,情况有所不同,除了防止早期混凝土被冻坏外,还存在着控制温差、防止裂缝的问题,而且防冻与防裂之间往往还存在着矛盾。在设计和施工中,必须妥善解决这个矛盾,兼顾防冻与防裂两方面的要求。这是大体积混凝土冬期施工的主要特点。
⑴ 大体积混凝土冬季施工的原则
连续 5 天日平均气温 5℃以下,即进入混凝土的冬期施工阶段。
大体积混凝土冬期施工应兼顾防冻与防裂两方面的要求,因此应遵循以下三条基本原则:
①砂、石等原材料中不能含有冻块,混凝土拌和物也应该具有一定的温度,以保证在运输和浇筑过程中不致冻结。
②混凝土在达到临界强度之前不能受冻,以免混凝土内部结构受到破坏,最终强度受到损失。
③混凝土的内外温差和最高温度均不能超过规定数值,以免发生裂缝,破坏结构的整体。
⑵ 大体积混凝土冬期施工的技术措施
为了使上述冬期施工的原则得到满足,必须采取一系列技术措施。
①混凝土出机温度与浇筑温度的选择
②基础及冷壁的预热
在浇筑混凝土以前,对基础、预埋铁件及与新混凝土接触的冷壁(老混凝土、预制混凝土模板等),应用蒸汽清除所有的冰、雪、霜冻,并使其表面温度上升。
③原材料加热
水的加热可用锅炉、电热或蒸汽,砂料加热可用封闭的蛇形管,石料加热使用蒸汽最方便。
④运输中的保温
运输中的热量损失与运输工具有关。如使用大型运输罐,热损失一般不大。⑤浇筑过程中减少热量损失
混凝土是分层浇筑的,每层厚度 200-500mm,由于厚度薄,散热面积大,浇筑过程中的热量损失是很大的。
⑥保温养护
混凝土浇筑完毕以后,应采取严格的保温养护措施,使混凝土强度得到充分发展。
3.1.4 监测措施
大体积混凝土的温控施工中,除应进行水泥水化热的测定外,在混凝土浇筑过程中还应进行混凝土浇筑温度的监测,在养护过程中应进行混凝土浇筑块体升降温、内外温差、降温速度及环境温度等监测。这些监测结果能及时反馈现场大体积混凝土浇筑块内温度变化的实际情况,以及所采用的施工技术措施的效果,为工程技术人员及时采取温控对策提供科学依据。
3.2 混凝土结构裂缝处理
尽管对大体积混凝土结构采取各种各样的防裂措施,但是工程实践证明,由于各种复杂因素的影响,在混凝土浇筑不久或在施工期间就会出现裂缝。裂缝的一般修补方法有:表面修补法、内部修补法、结构加固法。
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