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煙臺德賽機械制造有限公司

大體積混凝土施工工藝及裂縫控制


     現代建筑中經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,其主要特點是體積大,表面小,水泥水化熱釋放較集中,內部溫升較快。當混凝土內外溫差較大時,會產生溫度裂縫,影響結構安全和正常使用,所以必須從根本上加以分析,來保證施工的質量。

  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3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,其危害性較嚴重。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,但也影響外觀質量。出現裂縫并不是絕對地影響結構安全,它有一個最大允許值。處于室內正常環境的一般構件最大裂縫寬度≤0.3毫米;處于露天或室內高濕度環境的構件最大裂縫寬度≤0.2毫米。對于地下或半地下結構,混凝土的裂縫主要影響其防水性能。一般當裂縫寬度在0.1~0.2毫米時,雖然早期有輕微滲水,但經過一段時間后,裂縫可以自愈。如超過0.2~0.3毫米,則滲漏水量將隨著裂縫寬度的增加而迅速加大。所以,在地下工程中應盡量避免超過0.3毫米貫穿全斷面的裂縫。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,但抗拉能力卻很小,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。而產生裂縫的主要原因有水泥水化熱、外界氣溫變化和混凝土的收縮等造成。

  一般采用如下方法控制對結構耐久性的影響

  一、大體積混凝土的配合比設計

  1.水泥的選用:應盡量選用水化熱低、凝結時間長的水泥,優先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等。

  2.粗細骨料:粗骨料宜采用連續級配,細骨料宜采用中砂。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。

  3.減水劑:為滿足和易性和減緩水泥早期水化熱發熱量的要求,宜在混凝土中摻入適量的緩凝型減水劑。除加入減水劑外,有些混凝土還要根據需要加入其他外加劑,如引氣劑、膨脹劑、泵送劑等。

  4.除以上3點外,還要適當降低原材料的溫度。

  二、大體積混凝土的澆筑與振搗

  澆筑方案,除應滿足每一處混凝土在初凝前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外,還應考慮結構大小、鋼筋疏密、預埋管道和地腳螺栓的留設、混凝土供應情況以及水化熱等因素的影響,常采用的方法有以下幾種:

  1.全面分層。即在第一層全面澆筑完畢后,再回頭澆筑第二層,此時應使第一層混凝土還未初凝,如此逐層連續澆筑,直至完工為止。這種方案適用于結構平面尺寸不太大,施工時從短邊開始,沿長邊推進比較合適。必要時可分成兩段,從中間向兩端或從兩端向中間同時進行澆筑。

  2.分段分層;炷翝仓䲡r,先從底層開始,澆筑至一定距離后澆筑第二層,如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數較多,所以澆筑到頂后,第一層末端的混凝土還未初凝,又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時間內要求供應的混凝土較少,結構物厚度不太大而面積或長度較大的工程。

  3.斜面分層。要求斜面坡度不大于1/3,適用于結構長度大大超過厚度3倍的情況;炷翉臐仓䦟酉露碎_始,逐漸上移;炷恋恼駬v也要適應斜面分層澆筑工藝,一般在每個斜面層的上、下各布置一道振動器。上面的一道布置在混凝土卸料處,保證上部混凝土的搗實。下面一道振動器布置在近坡腳處,確保下部混凝土密實。隨著混凝土澆筑的向前推進,震動器也相應跟上。

  三、混凝土的溫控措施

  1.水化熱溫升控制措施

  混凝土升溫時間較短,根據工程實踐,一般在澆筑后的二至三天內,混凝土彈性模量低、基本處于塑性與彈塑性狀態,約束應力很低。當水化熱溫升至峰值后,水化熱能耗盡,繼續散熱引起溫度下降,隨著時間逐漸衰減,延續10余天至30余天。作為工程預控指標,可采取保溫與降溫措施的有:1)采用冰水配制混凝土,或混凝土廠址配置有深水井,采用冰涼的井水配置;2)粗細骨料均搭設遮陽棚,避免日光曝曬;3)選用低水化熱的P.O.普硅水泥,并利用摻合料減少水泥單方用量。

  2.混凝土拆模時,混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。

  3.采用內部降溫法降低混凝土內外溫差。內部降溫法是在混凝土內部預埋水管,通入冷卻水,降低混凝土內部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進行,還有常見的投毛石法,均可有效控制因混凝土內外溫差而引起的混凝土開裂。

  4.保溫法是在結構外露的混凝土表面以及模板外側覆蓋保溫材料(如草袋、鋸木、濕砂等),在緩慢的散熱過程中,使混凝土獲得必要的強度,以控制混凝土的內外溫差小于20℃。

  大體積混凝土結構的施工技術與措施直接關系到混凝土結構的使用性能,如何采取更好的方法來降低混凝土的水化熱,摻和料的用量該如何控制,混凝土原材料的溫度是否可以再降低?這些都有待于在施工實踐中進一步積累經驗,采取有效措施,使大體積混凝土澆筑中出現的開裂問題能得到更好的解決。

2011/2/9

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