1大體積混凝土裂縫形成的原因
裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類:一是結(jié)構(gòu)型裂縫,是由外荷載引起的,包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計算中的主要應(yīng)力以及其他的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫,是由非受力變形變化引起的,主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。本文主要探討材料型裂縫。其中具體原因如下。
1.1溫度應(yīng)力引起裂縫(溫度裂縫)目前溫度裂縫產(chǎn)生主要原因是由溫差造成的。溫差可分為以下三種:混凝土澆注初期,產(chǎn)生大量的水化熱,由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體,水化熱積聚在混凝土內(nèi)部不易散發(fā),常使混凝土內(nèi)部溫度上升,而混凝土表面溫度為室外環(huán)境溫度,這就形成了內(nèi)外溫差,這種內(nèi)外溫差在混凝土凝結(jié)初期產(chǎn)生的拉應(yīng)力當(dāng)超過混凝土抗壓強(qiáng)度時,就會導(dǎo)致混凝土裂縫;另外,在拆模前后,表面溫度降低很快,造成了溫度陡降,也會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生;當(dāng)混凝土內(nèi)部達(dá)到最高溫度后,熱量逐漸散發(fā)而達(dá)到使用溫度或最低溫度,它們與最高溫度的差值就是內(nèi)部溫差;這三種溫差都會產(chǎn)生溫度裂縫。在這三種溫差中,較為主要是由水化熱引起的內(nèi)外溫差。
1.2收縮引起裂縫收縮有很多種,包括干燥收縮、塑性收縮、自身收縮、碳化收縮等等。這里主要介紹干燥收縮和塑性收縮。
1.2.1燥收縮混凝土硬化后,在干燥的環(huán)境下,混凝土內(nèi)部的水分不斷向外散失,引起混凝土由外向內(nèi)的干縮變形裂縫。
1.2.2塑性收縮在水泥活性大、混凝土溫度較高,或在水灰比較低的條件下會加劇引起開裂。因?yàn)檫@時混凝土的泌水明顯減少,表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補(bǔ)充,這時混凝土尚處于塑性狀態(tài),稍微受到一點(diǎn)拉力,混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不均勻的裂縫,出現(xiàn)裂縫以后,混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加大,于是裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。
2防止裂縫的措施
由以上分析,材料型裂縫主要是由溫差和收縮引起,所以為了防止裂縫的產(chǎn)生,就要最大限度的降低溫差和減小混凝土的收縮,具體措施如下。
2.1優(yōu)選原材料
2.1.1水泥由于溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的,所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱,為了降低水化熱,要盡量采取早期水化熱低的水泥,由于水泥的水化熱是礦物成分與細(xì)度的函數(shù),要降低水泥的水化熱,主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細(xì)度模數(shù),硅酸鹽水泥的礦物組成主要有:C3S、C2S、C3A和C4AF,試驗(yàn)表明:水泥中鋁酸三鈣(C3A)和硅酸三鈣(C3S)含量高的,水化熱較高,所以,為了減少水泥的水化熱,必須降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外,在不影響水泥活性的情況下,要盡量使水泥的細(xì)度適當(dāng)減小,因?yàn)樗嗟募?xì)度會影響水化熱的放熱速率,試驗(yàn)表明比表面積每增加100c㎡/g,1d的水化熱增加17J/g~21J/g,7d和20d均增加4J/g~12J/g。
2.1.2骨料
、俅止橇媳M量擴(kuò)大粗骨料的粒徑,因?yàn)榇止橇狭皆酱,級配越好,孔隙率越小,總表面積越小,每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就越小,水化熱就隨之降低,對防止裂縫的產(chǎn)生有利。
②細(xì)骨料,宜采用級配良好的中砂和中粗砂,最好用中粗砂,因?yàn)槠淇紫堵市。偙砻娣e小,這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少,水化熱就低,裂縫就減少,另一方面,要控制砂子的含泥量,含泥量越大,收縮變形就越大,裂縫就越嚴(yán)重,因此細(xì)骨料盡量用干凈的中粗沙。
2.1.3加入外加劑加入外加劑后能減小混凝土收縮開裂的機(jī)會,外加劑對混凝土收縮開裂性能有以下影響:
①減水劑對混凝土開裂的影響減水劑的主要作用改善混凝土的和易性,降低水灰比,提高混凝土強(qiáng)度或在保持混凝土一定強(qiáng)度時減少水泥用量,而水灰比的降低,水泥用量的減少對防止開裂是十分有利的。
②引氣劑對混凝土開裂的影響引氣劑在混凝土的應(yīng)用對改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在這里值得注意的是:外加劑不能摻量過大,否則會產(chǎn)生負(fù)面影響,在GB8076~1977中規(guī)定,摻有外加劑的混凝土,28d的收縮比不得大于135%,即摻有外加劑的混凝土收縮比基準(zhǔn)混凝土的收縮不得大于35%。
2.2采用合理的施工方法
2.2.1混凝土的拌制:
、僭诨炷涟柚七^程中,要嚴(yán)格控制原材料計量準(zhǔn)確,同時嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)塌落度。
、谝M量降低混凝土拌合物出機(jī)口溫度,拌合物可采取以下兩種降溫措施:一是送冷風(fēng)對拌和物進(jìn)行冷卻,二是加冰拌合,一般使新拌混凝土的溫度控制在6℃左右。
2.2.2混凝土澆注、拆模:
、倩炷翝沧⑦^程質(zhì)量控制澆注過程中要進(jìn)行振搗方可密實(shí),振搗時間應(yīng)均勻一致以表面泛漿為宜,間距要均勻,以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜,澆注完畢后,表面要壓實(shí)、抹平,以防止表面裂縫。另外,澆注混凝土要求分層澆注,分層流水振搗,同時要保證上層混凝土在下層初凝前結(jié)合緊密。避免縱向施工縫、提高結(jié)構(gòu)整體性和抗剪性能。
、跐沧r間控制盡量避開在太陽輻射較高的時間澆注,若由于工程需要在夏季施工,則盡量避開正午高溫時段,澆注盡量安排在夜間進(jìn)行。
、刍炷敛鹉r間控制混凝土在實(shí)際溫度養(yǎng)護(hù)的條件下,強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%以上,混凝土中心與表面最低溫度控制在25℃以內(nèi),預(yù)計拆模后混凝土表面溫降不超過9℃以上允許拆模。
2.2.3做好表面隔熱保護(hù)大體積混凝土的溫度裂縫,主要是由內(nèi)外溫差過大引起的。混凝土澆注后,由于內(nèi)部較表面散熱快,會形成內(nèi)外溫差,表面收縮受內(nèi)部約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,但是這種拉應(yīng)力通常很小,不至于超過混凝土的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。但是如果此時受到冷空氣的襲擊,或者過分通風(fēng)散熱,使表面溫度降溫過大就很容易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生,所以在混凝土在拆模后,特別是低溫季節(jié),在拆模后立即采取表面保護(hù)。防止表面降溫過大,引起裂縫。另外,當(dāng)日平均氣溫在2~3d內(nèi)連續(xù)下降不小于6~8℃時,28d齡期內(nèi)混凝土表面必須進(jìn)行表面保護(hù)。
2.2.4養(yǎng)護(hù)混凝土澆注完畢后,應(yīng)及時灑水養(yǎng)護(hù)以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤,這樣既減少外界高溫倒罐,又防止干縮裂縫的發(fā)生,促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的穩(wěn)定增長。一般在澆注完畢后12~18h內(nèi)立即開始養(yǎng)護(hù),連續(xù)養(yǎng)護(hù)時間不少于28d或設(shè)計齡期。
2.2.5通水冷卻若是在高溫季節(jié)施工,則要在初期采用通制冷水來降低混凝土最高溫度峰值,但注意,通水時間不能過長,因?yàn)闀r間過長會造成降溫幅度過大而引起較大的溫度應(yīng)力。為了削減內(nèi)外溫差,還應(yīng)在夏末秋初進(jìn)行中期通水冷卻,中期通水一般采用河水,通水歷時兩個月左右。后期通水是使混凝土柱狀塊達(dá)到接縫灌漿的必要措施,一般采用通河水和通制冷水相結(jié)合的方案。
3結(jié)束語
大體積混凝土的開裂是目前學(xué)者和工程界關(guān)注的一個重要問題,通過以上分析可知,大體積混凝土的材料型裂縫主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的,筆者認(rèn)為精心選擇原材料,并在施工中采用合理的方法,能有效的防止裂縫的發(fā)生。