大体积混凝土裂缝控制措施探讨

大体积混凝土裂缝控制措施探讨大体积混凝土裂缝控制措施探讨 1 大体积混凝土的界定 大体积混凝土目前尚无一个明确的定义 国外的定义也不 尽相同 日本建筑学会标准 jass5 规定 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 美国 混凝土学会 aci 规定 任何就地浇筑的大体积混凝土 其 尺寸之大 必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题 以最大限度减少开裂 我国混凝土结构施工规范认为 凡是结构物断面最小尺寸 在 3m 以上的混凝土块体 单面散热的结构断面最小尺寸在 75cm 以上 双面散热在 100cm 以上 水化热引起的最高温度 与外界气温之差 预计超过 25 的混凝土 均可称为大体积混 凝土 2 裂缝种类及产生原因 大体积混凝土结构往往容易产生各种各样的裂缝 按裂缝 的方向 形状分为 水平裂缝 垂直裂缝 横向裂缝 纵向裂 缝 斜向裂缝以及放射状裂缝等 按裂缝深度分为 贯穿裂缝 深层裂缝及表面裂缝 裂缝的产生是由多种因素引起的 其主 要影响因素如下 2 1 水泥水化热引起的温度应力和温度变形 水泥在水化过 程中产生大量的水化热 主要集中在浇筑后 7d 左右 而使混凝 土内部温度不断升高 当内外部温差过大时 就会产生温度变 形和温度应力 温度应力一旦超过混凝土内外的约束力 就会 产生裂缝 对大体积混凝土而言 这种现象尤其严重 2 2 混凝土收缩产生裂缝 在硬化后期 混凝土内部自由水 分蒸发 就会出现干燥收缩 而表面干燥收缩快 中心干燥收 缩慢 使混凝土表面产生拉应力 造成混凝土开裂 2 3 外界气温变化的影响 大体积混凝土在施工阶段 常受 外界气温的影响 当气温下降 特别是气温骤降时 会大大增 加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度 产生温差和温度应力 拉应力一旦超过混凝土的抗拉强度极限 混凝土表面就会产生 裂缝 这种裂缝多发生在混凝土施工中后期 2 4 其他因素的影响 地基的不均匀沉降 混凝土配合比不 良 碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀等其他不利因素 也会使混凝 土产生裂缝 因此应从各个方面综合控制 3 裂缝控制的技术措施 裂缝会加速混凝土碳化和钢筋锈蚀 并产生恶性循环 严 重破坏混凝土结构的安全性和耐久性 给工程造成严重损失 所以裂缝控制显得尤为重要 裂缝控制的主要技术措施涉及从 设计到施工乃至后期养护的整个过程 分别介绍如下 3 1 配合比的选用和水泥用量的控制 大量的试验研究和工 程实践表明 每立方砼的水泥用量增减 10kg 其水化热使砼的 温度相应升高或降低 1 在施工过程中 要在保证混凝土强度 的条件下 通过进行砼试配 以进一步降低水泥用量 3 2 优选混凝土各种原材料 3 2 1 水泥 考虑普通水泥水化热较高 特别是应用到大体 积混凝土中 大量水化热不易散发 导致混凝土内部温度过高 内外部温差过大使混凝土内部产生压应力 表面产生拉应力 表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝 因 此应优先选用低水化热的水泥品种 如粉煤灰硅酸盐水泥 矿 渣硅酸盐水泥 有抗渗要求不宜使用 3 2 2 粗骨料 采用碎石 粒径 5 25mm 含泥量不大于 1 选用粒径较大 级配良好的石子配制的混凝土 和易性较 好 抗压强度较高 同时可以减少用水量及水泥用量 从而使 水泥水化热减少 降低混凝土温升 3 2 3 细骨料 采用中砂 平均粒径大于 0 5mm 含泥量不 大于 5 选用平均粒径较大的中 粗砂拌制的混凝土比采用细 砂拌制的混凝土可减少用水量 10 左右 同时相应减少水泥用 量 使水泥水化热减少 降低混凝土温升 并可减少混凝土收 缩 3 2 4 粉煤灰 粉煤灰的水化热远小于水泥 在大体积混凝 土中掺入 20 25 粉煤灰 不仅可减少水泥用量 又可有效降 低水化热 同时 使用粉煤灰可变废为宝 符合环保要求 3 2 5 外加剂 选用缓凝减水剂 降低水化温升 延迟水化 热释放速度 有效防止裂缝 3 3 设计优化措施 精心设计混凝土配合比 尽可能的降 低混凝土的单位用水量 增配构造筋提高抗裂性能 配筋应 采用小直径 小间距 在易裂的边缘部位设置暗梁 提高该 部位的配筋率 提高混凝土的极限拉伸 充分考虑施工时的 气候特征 合理设置后浇缝 3 4 施工及养护控制措施 控制砼的出机温度和入模温度 尽量避免温度过高或过低时施工 合理安排施工时序 严格 控制混凝土的浇筑速度 一次浇注的混凝土不可过高 过厚 以保证混凝土温度均匀上升 采用合理的施工方法 分层均 匀浇筑 每层混凝土初凝前都确保被上层混凝土覆盖 保证上 下层浇筑间隔不超过混凝土初凝时间 避免施工裂缝出现 保证振捣密实 严格控制振捣时间 移动距离和插入深度 严 防漏振及过振 加强养护期间温度监测 及时获得混凝土升 降温 里外温差 降温速度及环境温度的实际情况 并合理制 定温控措施 通过搭盖保温棚 表面蓄水 喷洒养护液或直 接洒水等方式 对混凝土保温保湿养护 降低混凝土内外温差 减少温度应力 4 应用实例 国家体育场是 2008 年北京举办第 29 届奥运会的主会场 南北最长 450m 东西最宽 300m 为典型的超长结构 根据设 计资料 承台和基础底板的混凝土抗渗等级 c40p8 基础底板 厚 500 700mm 大致分为 270mm 300mm 126mm 55mm 45mm 300mm 100mm 300 mm 四块底板 桩基承台混凝土最大厚度 6m 属于大体积混凝 土 由于底板和桩基承台厚度过大 保护层厚 外墙和底板结 构不设伸缩缝 而且施工期 5 6 月份温度高 常伴有大风天气 因此混凝土裂缝控制的难度很大 通过研究 工程采取了设计优化措施 原材料与配合比方 面以及施工方面的技术措施 设计优化措施 设置后浇带和 控制缝 疏导或分散混凝土收缩变形 适当增加抗裂配筋 将 应力集中的承台导角由直角变成斜坡形 原材料与配合比方 面措施 原材料中水泥选用碱含量和早期水化热较低的 42 5 普 通硅酸盐水泥 外加剂选用北京高星 rh 7 缓凝高效减水剂 骨 料选用 5 25mm 碎石和细度模数 2 6 2 8 中砂 掺合料选用磨细 复合粉 78 矿渣粉 22 粉煤灰 并加大掺量取代水泥 同 时添加膨胀剂 补偿混凝土的收缩 通过进行大量的试配研究 工作 最终确定配比 施工方面措施 施工过程中选择适宜 温度浇