大體積混凝土

大體積混凝土

我國《大體積混凝土施工規範》GB50496-2009里規定:混凝土結構物實體最小几何尺寸不小於1m的大體量混凝土,或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土,稱之為大體積混凝土

現代建築中時常涉及到大體積混凝土施工,如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。它主要的特點就是體積大,一般實體最小尺寸大於或等於1m.它的表面係數比較小,水泥水化熱釋放比較集中,內部升溫比較快。混凝土內外溫差較大時,會使混凝土產生溫度裂縫,影響結構安全和正常使用。所以必須從根本上分析它,來保證施工的質量。

美國混凝土學會(ACI)規定:"任何就地澆築的大體積混凝土,其尺寸之大,必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題,以最大限度減少開裂"。

大體積混凝土一般在水工建築物里常見,類似混凝土重力壩等。

  • 中文名稱
    大體積混凝土
  • 特    點
    結構厚實,混凝土量大 工程複雜
  • 不宜使用
    矽酸鹽水泥
  • 考慮指標
    水熱化
  • 別    名
    大體積砼
  • 套用領域
    水工建築物;建築工程

基本介紹

現代建築中時常涉及到大體積混凝土施工,如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。它主要的特點就是體積大,一般實體最小尺寸大於或等於1m.它的表面係數比較小,水泥水化熱釋放比較集中,內部溫升比較快。混凝土內外溫差較大時,會使混凝土產生溫度裂縫,影響結構安全和正常使用。所以必須從根本上分析它,來保證施工的質量。

大體積混凝土大體積混凝土

無明確定義

美國混凝土學會(ACI)規定:“任何就地澆築的大體積混凝土,其尺寸之大,必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題,以最大限度減少開裂”。

大體積混凝土一般在水工建築物里常見,類似混凝土重力壩等。

主要

結構厚實,混凝土量大,工程條件複雜(一般都是地下現澆鋼筋混凝土結構),施工技術要求高,水泥水化熱較大(預計超過25度),易使結構物產生溫度變形。大體積混凝土除了最小斷面和內外溫度有一定的規定外,對平面尺寸也有一定限制。因為平面尺寸過大,約束作用所產生的溫度力也愈大,如採取控制溫度措施不當,溫度應力超過混凝土所能承受的拉力極限值時,則易產生裂縫。

建築施工中常碰到大體積砼,為幫助項目部施工技術人員學習了解大體積砼防裂和溫度控制方面的問題,加強施工技術方面的交流,本人根據自己的認識所及,參考了一些相關書籍,文章以問答的形式,先提出問題,再用通俗的語言和科學道理解答,問題解答也側重於技術要領和做法,主要從實際出發,以實用為主,所提出的問題都是實際施工中常碰到的,目的是使項目部施工技術人員既知道大體積應該如何控制質量,又懂得為什么要進行防裂和溫度控制的道理。

遇到對大體積砼防裂和溫度控制方面問題不懂的地方,大家可帶著問題翻閱,從中找到答案,增長學識,相信對提高實際工作能力有所幫助。1、大體積砼的定義

大體積砼指的是最小斷面尺寸大於1m以上的砼結構,其尺寸已經大到必須採用相應的技術措施妥善處理溫度差值,合理解決溫度應力並控制裂縫開展的砼結構。(該定義摘錄自建築施工手冊 縮印版第二版 建築施工手冊第三版編寫組 1999年1月第二版 中國建築工業出版社

配製方法

大體積混凝土所選用的原材料應注意以下幾點

1、粗骨料宜採用連續級配,細骨料宜採用中砂。

2、外加劑宜採用緩凝劑、減水劑;摻合料宜採用粉煤灰、礦渣粉等。

3、大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下,應提高摻合料及骨料的含量,以降低單方混凝土的水泥用量。

4、水泥應儘量選用水化熱低、凝結時間長的水泥,優先採用中熱矽酸鹽水泥、低熱礦渣矽酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥、火山灰質矽酸鹽水泥等。

但是,水化熱低的礦渣水泥的析水性比其它水泥大,在澆築層表面有大量水析出。這種泌水現象,不僅影響施工速度,同時影響施工質量。因析出的水聚集在上下兩澆築層表面間,使混凝土水灰比改變,而在掏水時又帶走了一些砂漿,這樣便形成了一層含水量多的夾層,破壞了混凝土的粘結力和整體性。混凝土泌水量的大小與用水量有關,用水量多,泌水量大;且與溫度高低有關,水完全析出的時間隨溫度的提高而縮短;此外,還與水泥的成分和細度有關。所以,在選用礦渣水泥時應儘量選擇泌水性的品種,並應在混凝土中摻入減水劑,以降低用水量。在施工中,應及時排出析水或拌制一些乾硬性混凝土均勻澆築在析水處,用振搗器振實後,再繼續澆築上一層混凝土。

其他資料

大體積混凝土與普通混凝土的區別

大體積混凝土與普通混凝土的區別表面上看是厚度不同,但其實質的區別是由於混凝土中水泥水化要產生熱量,大體積混凝土內部的熱量不如表面的熱量散失得快,造成內外溫差過大,其所產生的溫度應力可能會使混凝土開裂。因此判斷是否屬於大體積混凝土既要考慮厚度這一因素,又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素,比較準確的方法是通過計算水泥水化熱所引起的混凝土的溫升值與環境溫度的差值大小來判別,一般來說,當其差值小於25℃時,其所產生的溫度應力將會小於混凝土本身的抗拉強度,不會造成混凝土的開裂,當差值大於25℃時,其所產生的溫度應力有可能大於混凝土本身的抗拉強度,造成混凝土的開裂,此時就可判定該混凝土屬大體積混凝土。(摘錄自《地下工程防水技術規範》GB50108-2001)

高層建築的箱形基礎或片筏基礎都有厚度較大的鋼筋砼底板,高層建築的樁基礎則常有厚大的承台,這些基礎底板和樁基承台均屬大體積鋼筋砼結構。還有較常見的一些厚大結構轉換層樓板和大梁也屬大體積鋼筋砼結構。

大體積砼與普通砼的區別

不能以截面尺寸來簡單判斷是否大體積砼,實際施工中,有些砼厚度達到1m,但也不屬於大體積砼的範疇,有些砼雖然厚度未達到1m,但水化熱卻較大,不按大體積砼的技術標準施工,也會造成結構裂縫。

大體積砼與普通砼的區別表面上看是厚度不同,但其實質的區別是由於砼中水泥水化要產生熱量,大體積砼內部的熱量不如表面的熱量散失得快,造成內外溫差過大,其所產生的溫度應力可能會使砼開裂。因此判斷是否屬於大體積砼既要考慮厚度這一因素,又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素,比較準確的方法是通過計算水泥水化熱所引起的砼的溫升值與環境溫度的差值大小來判別,一般來說,當其差值小於25℃時,其所產生的溫度應力將會小於砼本身的抗拉強度,不會造成砼的開裂,當差值大於25℃時,其所產生的溫度應力在可能大於砼本身的抗拉強度,造成砼的開裂,此時就可判定該砼屬大體積砼,並應按條文中規定的措施進行施工,以確保砼不致開裂,造成工程滲漏水的隱患。

大體積砼是否允許有裂縫?

大體積砼由於其水化熱產生溫差形成溫差應力,表面裂縫容易產生,這些裂縫對於結構正常使用一般不會有影響。但是,目前工程實踐中普遍採用大體積砼不允許裂縫的標準,導致保養和溫度控制措施複雜,額外費用較大。

4、現行規範規程中有關大體積砼的條文有哪些及其具體內容?

混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB50204—2002:

7.4.7條註:5對大體積混凝土的養護,應根據氣候條件按施工技術方案採取控溫措施。

高層建築混凝土結構技術規程》JGJ3—2002中:

13.7.11條 基礎大體積混凝土施工應合理選擇混凝土配合比,宜選用水化熱低的水泥、摻入適當的粉煤灰和外加劑、控制水泥用量,並應作好養護和溫度測量。混凝土內部溫度與表面溫度的差值、混凝土外表面和環境溫度差值均不應超過25℃。

《地下工程防水技術規範》GB50108—2001:

4.1.23條 

大體積防水混凝土的施工,應採取以下措施:

1 在設計許可的情況下,採用混凝土60d強度作為設計強度;

2 採用低熱或中熱水泥,摻加粉煤灰、磨細礦渣粉等摻合料;

3 摻入減水劑、緩凝劑、膨脹劑等外加劑;

4 在炎熱季節施工時,採取降低原材料溫度、減少混凝土運輸時吸收外界熱量等降溫措施;

5 混凝土內部預埋管道,進行水冷散熱;

6 採取保溫保濕養護。混凝土中心溫度與表面溫度的差值不應大於25℃,混凝土表面溫度與大氣溫度的差值不應大於25℃。養護時間不應少於14d。

《混凝土結構工程施工及驗收規範》GB50204—92(2002年4月1日廢止):

第4.4.17條 大體積混凝土的澆築應合理分段分層進行,使混凝土沿高度均勻上升;澆築應在室外氣溫較低時進行,混凝土澆築溫度不宜超過28℃。

註:混凝土澆築溫度系指混凝土振搗後,在混凝土50㎜~100㎜深處的溫度。

第4.5.3條 對大體積混凝土的養護,應根據氣候條件採取控溫措施,並按需要測定澆築後的混凝土表面和內部溫度,將溫差控制在設計要求的範圍以內;當設計無具體要求時,溫度不宜超過25℃。

澆築溫度問題

澆築溫度是指砼出罐後,經運輸、振搗後的溫度。《混凝土結構工程施工及驗收規範》GB50204—92對澆築溫度作了規定:“不宜超過28℃”。此規定沒有考慮到全國地方差異,例如上海、南京、武漢等我國南方地區高溫季節施工大體積砼,若不採取特殊措施是很難達到這一要求的,若採取措施就得花較大的費用。那么澆築溫度超過28℃是否一定開裂呢?江蘇常州某些工程澆築溫度達到35℃,由於保溫降溫措施得力,也沒有出現溫差裂縫。南京。上海、武漢等地的某些大體積砼工程澆築溫度超過28℃,個別工程達到41℃,也沒有出現危害結構安全和影響使用功能問題。因此,在《混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB50204—2002中,對於澆築溫度無不宜超過28℃的限制。

控制澆築溫度是有好處的,要降低澆築溫度必須從降低砼出機溫度入手,其目的是降低大體積砼的總溫升值和減小結構的內外溫差。降低砼出機溫度最有效的方法是降低石子的溫度,由於夏季氣溫較高,為防止太陽的直接照射,可要求商品砼供應商在砂、石堆場搭設簡易遮陽裝置,必要時向骨料噴射水霧或使用前作淋水沖洗。在控制砼的澆築溫度方面,通過計算砼的工程量,做到合理安排施工流程及機械配置,調整澆築時間為以夜間澆築為主,少在白天進行,以免因暴曬而影響質量。

降溫速率問題

大體積砼的溫度變化曲線一般如圖所示。先是一個升溫過程,升到最高點後就慢慢降溫,升溫的速度要比降溫的速度大。

那么大體積砼何時達到最高點呢?主要決定於配合比、幾何尺寸、現場條件等因素,根據工程統計,一般的大體積砼澆築後3~4d出現最高點。

國家規範對於溫度控制有前述規定,但對於降溫速率未提出明確要求。如大體積砼升溫時內表溫差過大,會造成表面裂縫;那么降溫速率過快,會造成貫穿性冷縮縫,也是絕對不允許的。

理論上,任何材料的允許溫差與材料的極限值有關。對於大體積砼而言,如果降溫過快,雖然內表溫差仍然控制在規範要求之內,但由於砼內部溫差過大,溫差應力達到砼的極限抗拉強度時,理論上就會出現裂縫,而且此裂縫出現在大體積砼的內部,如果相差過大,就會出現貫穿裂縫,影響結構使用,因此,降溫速率的快慢直接關係到大體積砼內部拉應力的發展。

那么,降溫速率到底取多大值呢?理論上要求溫差應力必須小於同一時間的砼抗拉極限強度。目前有的工程採用降溫速率取2~3℃/d,跟蹤後也未見貫穿裂縫,但是對於大多數施工單位來說,由於沒有全面可靠的數據資料,為安全起見仍採用≤1~1.5℃/d。

砼養護可遵循降溫速率“前期大後期小”的原則。因養護前期砼處於升溫階段,彈性模量、溫度應力較小,而抗拉強度增長較快,在保證砼表面濕潤的基礎上應儘量少覆蓋,讓其充分散熱,以降低砼的溫度,亦即養護前期砼降溫速率可稍大。養護後期砼處於降溫階段,彈性模量增加較快,溫度應力較大,應加強保溫,控制降溫速率。

大體積砼裂縫產生的原因

(1)水泥水化熱  

水泥在水化過程中要產生大量的熱量,是大體積砼內部熱量的主要來源。由於大體積砼截面厚度大,水化熱聚集在結構內部不易散失,使砼內部的溫度升高。砼內部的最高溫度,大多發生在澆築後的3~5d,當砼的內部與表面溫差過大時,就會產生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成比,溫差越大,溫度應力也越大。當砼的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時,便開始產生溫度裂縫。這就是大體積砼容易產生裂縫的主要原因。

(2)約束條件  

大體積鋼筋砼與地基澆築在一起,當早期溫度上升時產生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應力。由於砼的彈性模量小,徐變和應力鬆弛度大,使砼與地基連線不牢固,因而壓應力較小。但當溫度下降時,產生較大的拉應力,若超過砼的抗拉強度,砼就會出現垂直裂縫。

(3)外界氣溫變化  

大體積砼在施工期間,外界氣溫的變化對大體積砼的開裂有重大影響。砼內部溫度是由澆築溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和砼的散熱溫度三者的疊加。外界溫度越高,砼的澆築溫度也越高。外界溫度下降,尤其是驟降,大大增加外層砼與砼內部的溫度梯度,產生溫差應力,造成大體積砼出現裂縫。因此控制砼表面溫度與外界氣溫溫差,也是防止裂縫的重要一環。

(4)砼的收縮變形  

砼的拌合水中,只有約20%的水分是水泥水化所必需的,其餘80%要被蒸發。砼中多餘水分的蒸發是引起砼體積收縮的主要原因之一。這種收縮變形不受約束條件的影響,若存在約束,就會產生收縮應力而出現裂縫。

大體積砼溫度控制的方法

大體積砼養護時的溫度控制一般有兩種方法:

一種是降溫法,即在砼澆築成型後,通過循環冷卻水降溫,從結構物的內部進行溫度控制;

另一種是保溫法,即砼澆築成型後,通過保溫材料、碘鎢燈或定時噴澆熱水、蓄存熱水等辦法,提高砼表面及四周散熱面的溫度,從結構物的外部進行溫度控制。保溫法基本原理是利用砼的初始溫度加上水泥水化熱的溫升,在緩慢的散熱過程中(通過人為控制),使砼獲得必要的強度。

大體積砼採用保溫、保濕養護的作用

大體積砼養護主要是保持適宜的溫度和濕度條件。

保溫養護作用:

1、減少砼表面的熱擴散,減小砼表面的溫度梯度,防止產生表面裂縫。

2、延長散熱時間,充分發揮砼的潛力和材料的鬆弛特性。使砼的平均總溫差所產生的拉應力小於砼抗拉強度,防止產生貫穿裂縫。

保濕養護的作用:

1、剛澆築不久的砼,尚處於凝固硬化階段,水化的速度較快,適宜的潮濕條件可防止砼表面脫水而產生乾縮裂縫。

2、砼在潮濕條件下,可使水泥的水化作用順利進行,提高砼的極限拉伸強度。

防水混凝土的養護是至關重要的。在澆灌後,如混凝土養護不及時,混凝土內水分將迅速蒸發,使水泥水化不完全。而水分蒸發造成毛細管網彼此連通,形成滲水通道;同時混凝土收縮增大,出現龜裂,使混凝土抗滲性急劇下降,甚至完全喪失抗滲能力。若養護及時,防水混凝土在潮濕的環境中或水中硬化,能使混凝土內的游離水分蒸發緩慢,水泥水化充分,水泥水化生成物堵塞毛細孔隙,因而形成不連通的毛細孔,提高了混凝土的抗滲性。

砼測溫點的布置、測溫時間頻率、測溫工具的選用

為了掌握大體積砼的溫升和降溫的變化規律,以及各種材料在各種條件下的溫度影響,需要對砼進行溫度監測控制。

(1)測溫點的布置——必須具有代表性和可比性。沿澆築的高度,應布置在底部、中部和表面,垂直測點間距一般為500~800㎜;平面則應布置在邊緣與中間,平面測點間距一般為2.5~5m。當使用熱電偶溫度計時,其插入深度可按實際需要和具體情況而定,一般應不小於熱電偶外徑的6~10倍,測溫點的布置,距邊角和表面應大於50㎜。

採用預留測溫孔洞方法測溫時,一個測溫孔只能反映一個點的數據。不應採取通過沿孔洞高度變動溫度計的方法來測豎孔中不同高度位置的溫度。

(2)測溫制度——在砼溫度上升階段每2~4h測一次,溫度下降階段每8h測一次,同時應測大氣溫度。

所有測溫孔均應編號,進行砼內部不同深度和表面溫度的測量。

測溫工作應由經過培訓、責任心強的專人進行。測溫記錄,應交技術負責人閱簽,並作為對砼施工和質量的控制依據。

(3)測溫工具的選用——為了及時控制砼內外兩個溫差,以及校驗計算值與實測值的差別,隨時掌握砼溫度動態,宜採用熱電偶或半導體液晶顯示溫度計。採用熱偶測溫時,還應配合普通溫度計,以便進行校驗。

在測溫過程中,當發現溫度差超過25℃時,應及時加強保溫或延緩拆除保溫材料,以防止砼產生溫差應力和裂縫。

(摘錄自《高層建築施工手冊》 主編楊嗣信 中國建築工業出版社 1992年12月第一版)

大體積砼施工時防止裂縫產生的有關技術措施

大體積砼施工時,一是要儘量減少水泥水化熱,推遲放熱高峰出現的時間,如採用60d齡期的砼強度作為設計強度(此點必須徵得設計單位的同意),以降低水泥用量;摻粉煤灰可替代部分水泥,既可降低水泥用量,且由於粉煤灰的水化反應較慢,可推遲放熱高峰的出現時間;摻外加劑也可達到減少水泥、水的用量,推遲放熱高峰的出現時間;夏季施工時採用冰水拌和、砂石料場遮陽、砼輸送管道全程覆蓋灑冷水等措施可降低砼的出機和入模溫度。以上這些措施可減少砼硬化過程中的溫度應力值。二是進行保溫保濕養護,養護時間不應少於14d,使砼硬化過程中產生的溫差應力小於砼本身的抗拉強度,從而可避免砼產生貫穿性的有害裂縫。三是採用分層分段法澆築砼,分層振搗密實以使砼的水化熱能儘快散失。還可採用二次振搗的方法,增加砼的密實度,提高抗裂能力,使上下兩層砼在初凝前結合良好。四是做好測溫工作,隨時控制砼內的溫度變化,及時調整保溫及養護措施,使混凝土中心溫度與表面溫度的差值、混凝土表面與大氣溫度差值均不應超過25℃。

基礎底板測溫孔測完溫度後如何處理 基礎底板測溫孔測完溫度後,每一孔都是一個薄弱部位,處理不好就很容易從孔處滲漏,因此每一個孔都必須採用堵漏靈或防水寶之類防水材料仔細填實。

拆除保溫層條件及測溫結束時間 拆除保溫層條件和測溫結束時間:以砼溫度下降,砼中心溫度與表面溫度差小於20℃,且表面溫度與大氣溫度差小於20℃,逐層拆除。

測溫的延續時間與結構的厚度及重要程度有關,對厚度較大(2m以上)和重要工程,測溫延續時間不宜小於15d,最好積累28d的溫度記錄,以便與試塊強度一起,作為溫度應力分析時參考;對厚度較小和一般工程,測溫延續時間可為9~12d,測溫時間過短,達不到溫度控制和監測的目的。

關於測溫記錄整理與分析

砼測溫記錄必須及時整理,根據測溫結果,繪製砼時間——溫度變化曲線,提出分析意見或結論,供今後類似工程參考。

介紹一種大體積混凝土的簡易測溫法

摘錄自《鋼筋混凝土工程技術》 《建築工人》工人雜誌編輯部編 1998年8月第一版

大體積混凝土的簡易測溫法,只需要採用較簡單的設備,就能直觀地測得混凝土內部溫度,而且精確度高,花費少。具體做法如下:

使用φ48的腳手架鋼管或其他無縫鋼管,管壁厚度以2㎜為宜,內徑為30~50㎜。按量取所需長度截斷,其一端用比鋼管外徑大10㎜的圓鋼板焊牢密閉,使其不能滲水,見圖1。

焊接好的鋼管呈正三角形,布置於綁紮好的底板鋼筋網架上,並焊牢,再用橡皮套管套於距鋼管底部50㎜處,管兩端用鐵絲扎牢,確保水不能滲入管內。鋼管口用木塊塞好。見圖2、3、4。圖2中A、B、C為鋼管平面布置點,兩點間距為600㎜;圖3中上管底距混凝土板面150㎜,中管底距板底為1/2板厚,下管底距板底面150㎜。

混凝土澆築後,即向鋼管中裝入自來水,每隔一定時間用棒式溫度計伸入管中,即可知該鋼管下部混凝土溫度。將不同深度管中所測溫度相比較,即能得知該處混凝土上下點的溫差。從而能控制混凝土養護溫度,確保底板混凝土工程質量

另附對上述簡易測溫法的補充說明:  

為保證棒式溫度計的測溫精度,應注意以下幾點:1、測溫管的埋設長度宜比需測點深50~100㎜,測溫管必須加塞,防止外界氣溫影響。2、測溫管內應灌水,灌水深度為100~150㎜;若孔內灌滿水,所測得的溫度接近管全長範圍的平均溫度3、棒式溫度計讀數時要快,特別在混凝土溫度與氣溫相差較大和用酒精溫度計測溫時更應注意。4、採用預留測溫孔洞方法測溫時,一個測溫孔只能反映一個點的數據。不應採取通過沿孔洞高度變動溫度計的方法來測豎孔中不同高度位置的溫度。主要量測2個溫差,一是砼中心與表面的溫差,可通過同一測溫點的2支不同長度測溫管進行量測;二是砼表面與大氣的溫差,可用短的測溫管與空氣中的溫度對比而獲得。要控制以上2個溫差≯25℃,因大氣溫度與砼的中心溫度是無法調節的,故我們只能通過覆蓋或收起砼表面塑膠薄膜來調節其表面溫度以達到調節溫差的目的,由於塑膠薄膜的保溫效果非常明顯,故要根據測得的溫度及時進行調節。

轉換層的大體積砼施工與基礎大體積砼施工有什么區別  主要區別如下:  

砼收縮的外在約束不同,基礎大體積砼與地坪或墊層連在一起,這樣約束較大(有時可通過柔性分隔相對減少),而轉換層只有柱對它有較少的約束。

砼的環境溫度不同,空中轉換層由於沒有地基的圍護而需解決底模、側模的保溫問題。

多數地下大體積砼為抗滲防水砼,較難採用礦渣水泥,而空中轉換層則不受限制,轉換層還需解決豎向荷載的支撐問題。

大體積混凝土的裂縫

大體積混凝土內出現的裂縫按深度的不同,分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發展為深層裂縫,最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面,可能破壞結構的整體性和穩定性,其危害性是較嚴重的;而深層裂縫部分地切斷了結構斷面,也有一定危害性;表面裂縫一般危害性較小。

但出現裂縫並不是絕對地影響結構安全,它都有一個最大允許值。處於室內正常環境的一般構件最大裂縫寬度≤0.3mm;處於露天或室內高濕度環境的構件最大裂縫寬度≤0.2mm。

對於地下或半地下結構,混凝土的裂縫主要影響其防水性能。一般當裂縫寬度在0.1~0.2mm時,雖然早期有輕微滲水,但經過一段時間後,裂縫可以自愈。如超過0.2~0.3mm,則滲漏水量將隨著裂縫寬度的增加而迅速加大。所以,在地下工程中應儘量避免超過0.3mm貫穿全斷面的裂縫。如出現這種裂縫,將大大影響結構的使用,必須進行化學灌漿加固處理。

大體積混凝土施工階段所產生的溫度裂縫,一方面是混凝土內部因素:由於內外溫差而產生的;另一方面是混凝土的外部因素:結構的外部約束和混凝土各質點間的約束,阻止混凝土收縮變形,混凝土抗壓強度較大,但受拉力卻很小,所以溫度應力一旦超過混凝土能承受的抗拉強度時,即會出現裂縫。這種裂縫的寬度在允許限值內,一般不會影響結構的強度,但卻對結構的耐久性有所影響,因此必須予以重視和加以控制。

控制溫度和收縮裂縫的技術措施

為了有效地控制有害裂縫的出現和發展,必須從控制混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減小混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸強度、改善約束條件和設計構造等方面全面考慮,結合實際採取措施。

一 降低水泥水化熱和變形

1.選用低水化熱或中水化熱的水泥品種配製混凝土,如礦渣矽酸鹽水泥、火山灰質矽酸鹽水泥、粉煤灰水泥、複合水泥等。

2.充分利用混凝土的後期強度,減少每立方米混凝土中水泥用量。根據試驗每增減10kg 水泥,其水化熱將使混凝土的溫度相應升降1℃。

3.使用粗骨料,儘量選用粒徑較大、級配良好的粗細骨料;控制砂石含泥量;摻加粉煤灰等摻合料或摻加相應的減水劑、緩凝劑,改善和易性、降低水灰比,以達到減少水泥用量、降低水化熱的目的。

4.在基礎內部預埋冷卻水管,通入循環冷卻水,強制降低混凝土水化熱溫度。

5.在厚大無筋或少筋的大體積混凝土中,摻加總量不超過20%的大石塊,減少混凝土的用量,以達到節省水泥和降低水化熱的目的。

6.在拌合混凝土時,還可摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥,使混凝土得到補償收縮,減少混凝土的溫度應力。

7.改善配筋。為了保證每個澆築層上下均有溫度筋,可建議設計人員將分布筋做適當調整。溫度筋宜分布細密,一般用φ8 鋼筋,雙向配筋,間距15cm。這樣可以增強抵抗溫度應力的能力。上層鋼筋的綁紮,應在澆築完下層混凝土之

後進行。

8.設定後澆縫。當大體積混凝土平面尺寸過大時,可以適當設定後澆縫,以減小外應力和溫度應力;同時也有利於散熱,降低混凝土的內部溫度。

二、 降低混凝土溫度差

1.選擇較適宜的氣溫澆築大體積混凝土,儘量避開炎熱天氣澆築混凝土。夏季可採用低溫水或冰水攪拌混凝土,可對骨料噴冷水霧或冷氣進行預冷,或對骨料進行覆蓋或設定遮陽裝置避免日光直曬,運輸工具如具備條件也應搭設避陽

設施,以降低混凝土拌合物的入模溫度。

2.摻加相應的緩凝型減水劑,如木質素磺酸鈣等。

3.在混凝土入模時,採取措施改善和加強模內的通風,加速模內熱量的散發。

三、加強施工中的溫度控制

1.在混凝土澆築之後,做好混凝土的保溫保濕養護,緩緩降溫,充分發揮徐變特性,減低溫度應力,夏季應注意避免曝曬,注意保濕,冬期應採取措施保溫覆蓋,以免發生急劇的溫度梯度發生。

2.採取長時間的養護,規定合理的拆模時間,延緩降溫時間和速度,充分發揮混凝土的“應力鬆弛效應”。

3.加強測溫和溫度監測與管理,實行信息化控制,隨時控制混凝土內的溫度變化,內外溫差控制在25℃以內,基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內,及時調整保溫及養護措施,使混凝土的溫度梯度和濕度不至過大,以有效控制有害裂縫的出現。

4.合理安排施工程式,控制混凝土在澆築過程中均勻上升,避免混凝土拌合物堆積過大高差。在結構完成後及時回填土,避免其側面長期暴露。

四、改善約束條件,削減溫度應力

1.採取分層或分塊澆築大體積混凝土,合理設定水平或垂直施工縫,或在適當的位置設定施工後澆帶,以放鬆約束程度,減少每次澆築長度的蓄熱量,防止水化熱的積聚,減少溫度應力。

2.對大體積混凝土基礎與岩石地基,或基礎與厚大的混凝土墊層之間設定滑動層,如採用平面澆瀝青膠鋪砂、或刷熱瀝青或鋪卷材。在垂直面、鍵槽部位設定緩衝層,如鋪設30 ~50mm 厚瀝青木絲板或聚苯乙烯泡沫塑膠,以消除嵌固

作用,釋放約束應力。

五、 提高混凝土的極限拉伸強度

1.選擇良好級配的粗骨料,嚴格控制其含泥量,加強混凝土的振搗,提高混凝土密實度和抗拉強度,減小收縮變形,保證施工質量。

2.採取二次投料法,二次振搗法,澆築後及時排除表面積水,加強早期養護,提高混凝土早期或相應齡期的抗拉強度和彈性模量。

3.在大體積混凝土基礎內設定必要的溫度配筋,在截面突變和轉折處,底、頂板與牆轉折處,孔洞轉角及周邊,增加斜向構造配筋,以改善應力集中,防止裂縫的出現。

產生裂縫的主要原因有以下幾方面:

1、水泥水化熱

水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量,而大體積混凝土結構斷面較厚,表面係數相對較小,所以水泥發生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發出去,以至於越積越高,使內外溫差增大。單位時間混凝土釋放的水泥水化熱,與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關,並隨混凝土的齡期而增長。由於混凝土結構表面可以自然散熱,實際上內部的最高溫度,多數發生在澆築後的最初3~5天。

2、外界氣溫變化

大體積混凝土在施工階段,它的澆築溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降,會大大增加內外層混凝土溫差,這對大體積混凝土是極為不利的。

溫度應力是由於溫差引起溫度變形造成的;溫差愈大,溫度應力也愈大。同時,在高溫條件下,大體積混凝土不易散熱,混凝土內部的最高溫度一般可達60~65℃,並且有較長的延續時間。因此,應採取溫度控制措施,防止混凝土內外溫差引起的溫度應力。

3、混凝土的收縮

混凝土中約20℅的水分是水泥硬化所必須的,而約80℅的水分要蒸發。多餘水分的蒸發會引起混凝土體積的收縮。混凝土收縮的主要原因是內部水蒸發引起混凝土收縮。如果混凝土收縮後,再處於水飽和狀態,還可以恢復膨脹並幾乎達到原有的體積。乾濕交替會引起混凝土體積的交替變化,這對混凝土是很不利的。

影響混凝土收縮,主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝(特別是養護條件)等。

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