大体积混凝土施工裂缝成因分析及防止措施

摘　要:结合工程概况,分析了大体积混凝土裂缝产生的原因,并针对大体积混凝土裂缝的成因从降低混凝土的发热量、浇筑温度、温度监测等方面对防治裂缝的措施进行了阐述,为其他大体积混凝土的施工提供了参考。

关键词:大体积混凝土,施工裂缝,温度监测

中图分类号: TU755. 7 文献标识码:A

1 　工程概况

　　某特大桥主桥为单塔双索面钢箱梁斜拉桥,跨径为705 m ,门型主塔,主塔承台哑铃形尺寸为2 ×(19 m ×19 m ×6 m) + (31 m×8 m ×6 m) ,C30 混凝土共计5 820 m3 ,混凝土数量和结构体积均较大,如何防止承台混凝土开裂成为本分部工程的重点,为此对大体积混凝土裂缝成因进行了分析,施工中采取了一些针对性的措施,最后成功完成了该承台工程的施工。

2 　大体积混凝土裂缝成因分析

　　1) 大体积混凝土在硬化期间,水泥水化释放大量热量,使混凝土中心区域温度升高,而混凝土表面和边界由于受气温影响温度相对较低,从而在断面上形成较大的温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,由于初期混凝土强度很低,表面可能出现拉应力超过混凝土容许拉应力而开裂。

　　2) 混凝土浇筑2 d～3 d 内,水化热不断进行,温度升至最高点,到达最高点后,混凝土散热温度开始下降引起混凝土收缩,加上水分的散失,使混凝土收缩加剧,这种收缩在受到边界约束后产生拉应力,可能引起混凝土断面产生贯穿性裂缝。

　　3) 混凝土结构热的扩散速度与其最小尺寸的平方成反比,大尺寸结构对热的扩散十分缓慢,造成混凝土较大的温差,从而引起产生裂缝的体积变化。

3 　针对大体积混凝土裂缝成因而采取的防开裂措施

　　防止早期热引起混凝土开裂主要考虑三个方面的因素:1) 在浇筑的混凝土结构中温度的变化情况;2) 刚浇筑的混凝土的力学性能;3) 基础或邻接结构对混凝土结构的约束程度。防止大体积混凝土施工裂缝主要以预防为主,具体做法是采取适当措施控制混凝土温度升高及其变化速度在一定范围内,使混凝土内部与表面温差小于25 ℃～30 ℃,温度变化产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度,具体措施如下。

3. 1 　降低混凝土发热量

　　1) 采用低水化热水泥和降低水泥用量, 水泥用量控制在275 kg/ cm3 以内。

　　2) 采用双掺技术。掺入粉煤灰和KJ245L 高效缓凝减水剂,粉煤灰采用超量代换法, 掺入量为95 kg/ m3 , 占胶凝材料的25. 6 %,采用高效缓凝减水剂,可减少用水量和水泥用量,同时延缓混凝土早期的强度发展。

　　3) 应用颗粒形状好和级配好的骨料。级配好的骨料可减少所需的胶凝材料,避免用砂量过多,控制骨料(砂、石) 的含泥量,以减少混凝土的收缩,提高混凝土的极限抗拉强度。

　　4) 采用低流动性混凝土。只要施工方便,尽可能用低坍落度混凝土,因为其用水量少,有利于降低温度,减少收缩。

　　5) 利用混凝土的后期强度。可减少水泥用量,大体积混凝土结构在浇筑完毕后往往要有较长一段时间才承受荷载,因此可用60 d 或90 d 的混凝土强度。

3. 2 　降低混凝土浇筑温度

　　外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也愈高,混凝土温度提高将加速水泥的水化反应,混凝土达到最高温度的时间缩短了,因而减少了可利用的散热时间,不利于降低混凝土的最高温度;混凝土浇筑温度增高会降低其和易性,为达到同样的和易性需增加用水量,降低混凝土浇筑时的入模温度,可以减少混凝土内部热量的总量,为避免混凝土开裂具有较好的效果,因此降低混凝土浇筑温度尤为重要,具体方法如下:

　　1) 降低材料温度。刚出厂的散装水泥温度可高达70 ℃以上,应予以避免,采用多个水泥储罐,将所需水泥备足,避免散装水泥刚出厂就用于施工,集料应避免阳光直射,或者喷水冷却集料。

　　2) 降低拌合用水温度。温度升高1 ℃水吸收的热量是水泥和集料的约4. 5 倍,所以采用冷却水拌和可以有效地降低混凝土的温度。本工程采用冷却机冷却拌合用水,使拌合用水控制在10 ℃以下,有效地控制了混凝土的入模温度,使其全部控制在30 ℃以下。

　　3) 分块分层浇筑混凝土。结构水平尺寸愈大约束愈大,大体积混凝土结构往往根据搅拌能力和浇筑能力划分成若干块进行浇筑,本工程承台共分两层浇筑,第一层浇筑厚度为2. 2 m ,混凝土量为2 134 m3 ,第二层浇筑厚度为3. 8 m ,混凝土量为3 686 m3 。

　　4) 埋设冷却水管。埋设水管用连续流动的冷水可以降低混凝土温度,也可以将混凝土块体冷却到稳定的体积;承台第一层埋设两层冷却管,间距为1 m ,下层距底0. 7 m ,上层距顶0. 5 m ,

　　同层冷却管间距为1. 5 m ,冷却管直径为2. 5 cm ,管厚为1. 5 mm的钢管。第二层埋设3 层冷却管,间距为1. 2 m ,下层距底为0. 7 m ,上层距顶为0. 7 m ,同层冷却管间距为1. 5 m ,每层冷却管配两台潜水泵,在混凝土盖过冷却管时由专人负责往冷却管内泵入凉水降温,冷却水流量大于0. 9 m3/ h ,持续养生7 d ,通过冷却水带走混凝土体内的热量。为了避免使混凝土开裂的太陡的温度梯度,冷却速度应控制在每天温度下降0. 6 ℃左右为宜。

　　5) 加强混凝土浇筑时的控制。浇筑混凝土时,采用薄层浇筑,保证混凝土在浇筑过程中均匀上升,避免混凝土拌合物堆积高差过大,混凝土的分层厚度应控制在20 cm～30 cm。采用插入式振捣器,加强振捣,以获得密实的混凝土,提高密实度和抗拉强度,浇筑后及时排除表面积水,进行二次抹面,防止早期裂缝的出现。

　　6) 表面保温与保湿。防止开裂的一个重要原则是尽可能保持新混凝土不失去水分,温度降低在一定范围内。混凝土在初凝后,内部热量散失慢,而外表面与大气接触,表面热量散失较快,

　　如果不采取保温措施,当内外温差较大时就容易引起裂缝产生。如果不能保持混凝土表面湿润,防止水分蒸发,那么混凝土表面干燥同样会引起收缩裂缝。保温保湿的具体方法是在混凝土浇筑后,在混凝土表面用土工布覆盖一层,再用麻袋覆盖两层,并用冷却管的出水洒水养生。尽量晚拆模,并在拆模后立即回填土,利用回填土来进行保温,使混凝土缓慢降温,缓慢干燥,减小混凝土内外温差。

3. 3 　温度监测

　　加强对混凝土温度的测量,随时掌握混凝土温度变化情况,为混凝土的防裂提供了科学依据,确保了混凝土温度变化在允许的范围内,实施中承台混凝土入模温度控制在28 ℃～30 ℃以内,经过2 d～3 d 后中心温度达到最高,4 d 天后开始降温,经过10 d～12 d 降温阶段后,中心温度基本稳定。浇筑混凝土温度走势见图1 ,图2 (图中温度测点位置均为从浇筑顶面算起) 。

4 　结语

　　通过对大体积混凝土施工裂缝成因的深入分析,针对性地提出了大体积混凝土施工产生裂缝的防止措施,在实施中取得了良好的效果,为今后大体积混凝土施工提供了防裂参考实例。