郭繼遠,朱 博
河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣工程質(zhì)量監(jiān)督站(474350)
通常我們把結(jié)構(gòu)構(gòu)件三個方向的最小尺寸超過800mm的混凝土施工,稱為大體積混凝土施工。
高層建筑的箱形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)或樁基承臺的施工,由于具有量大、坑深、塊體厚、鋼筋密等特點,所以此部位的施工都是體積較大的鋼筋混凝土工程。大體積混凝土溫度裂縫的形成原因較為復(fù)雜,施工中必須充分重視,要對其進行有效的控制。否則容易出現(xiàn)質(zhì)量事故,造成不必要的損失。
在施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫,是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果,這種裂縫可稱為“初始裂縫”或“早期裂縫”,現(xiàn)將這種裂縫主要成因分析如下。
大體積混凝土內(nèi)部的實際溫度是一個由低到高,又由高到低的變化過程,即混凝土從澆筑完畢后,就有一個初始溫度即澆筑溫度,水泥水化熱引起混凝土溫升。以后由于水泥水化熱散發(fā)或人工冷卻,溫度又逐漸下降,待水泥水化熱散發(fā)完畢后混凝土的溫度才與大氣溫度相接近,此時稱為穩(wěn)定溫度?;炷猎跐仓跗冢郎厮俣瓤?,混凝土內(nèi)部溫升的峰值,一般在3~5天內(nèi)產(chǎn)生,3天之內(nèi)溫升可達到或接近最大溫升,此后趨于穩(wěn)定并開始降溫。由此可知,大體積鋼筋混凝土施工階段的溫度場在初期是變化的,而這些溫度分布形態(tài)將直接影響混凝土的表面。混凝土中心表面溫度之間的溫差、混凝土表面溫度與外界氣溫之間的溫差,將引起混凝土的溫度變形和應(yīng)力,當溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強度,有可能引起混凝土裂縫。
大體積鋼筋混凝土在施工階段,外界氣溫的變化影響是顯而易見的。外界氣溫高,混凝土的澆筑溫度也愈高,如果外界溫度下降,就又增加了混凝土的降溫幅度。特別是氣溫驟降,會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度,這對于大體積混凝土是極為不利的。因為溫度應(yīng)力是溫差所引起的溫度變形造成的,溫差較大,溫度應(yīng)力也愈大,而在高溫條件下,大體積混凝土不易散熱,氣溫驟降,造成混凝土內(nèi)部與外部較大溫差,從而引起過大溫度應(yīng)力,有可能使混凝土產(chǎn)生裂縫。
物體的變形只有受到約束時才能引起應(yīng)力。約束一般分為外約束和內(nèi)約束,外約束指結(jié)構(gòu)物的邊界條件,即一個物體的變形受到其它物體的阻礙(約束),內(nèi)約束指結(jié)構(gòu)截面較大,其內(nèi)部溫度和濕度分布不均勻,引起各質(zhì)點變形的相互約束,大體積混凝土由于溫度變化會產(chǎn)生變形,而這種變形又受到內(nèi)約束,便產(chǎn)生了應(yīng)力,這就是溫度變化引起的應(yīng)力狀態(tài),而這種應(yīng)力超過某一數(shù)值時,便引起混凝土裂縫。
混凝土干縮主要原因是由于水分的蒸發(fā)。混凝土中80%的水分要蒸發(fā),使混凝土干縮,約20%水分是水泥硬化所必需,使混凝土在水化作用時產(chǎn)生自生體積變形。混凝土的水分蒸發(fā)、干燥過程,總是由表及里,逐步發(fā)展的,因而濕度總是不均勻的,干縮變形也是不均勻的,對于大體積混凝土干縮只發(fā)生在表層很淺的部位,但也可能發(fā)展成為更嚴重的裂縫,因此不能忽視混凝土干縮問題,影響混凝土干縮的因素很多,主要有水泥品種和混合材料、混凝土配合比、化學(xué)外加劑和養(yǎng)護條件等。
綜上所述,溫度變化(降溫)和收縮(干縮)的共同作用是引起混凝土開裂的主要因素。了解了混凝土開裂的主要原因,應(yīng)可以采取控制溫度裂縫的技術(shù)措施。
為了控制混凝土裂縫的發(fā)展,應(yīng)該從控制溫升、延緩降溫速率、減小混凝土收縮、提高混凝土極限拉伸、改善約束程度和設(shè)計構(gòu)造等幾個方面,采取一系列技術(shù)措施,這些措施并不是孤立的,而是相互聯(lián)系、相互制約的,必須結(jié)合實際全面考慮合理采用,才能收到效果。
1)設(shè)計構(gòu)造
在設(shè)計構(gòu)造上重點應(yīng)放在改善大體積混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和配筋,減小結(jié)構(gòu)的內(nèi)外約束兩個方面,此項內(nèi)容是設(shè)計方的工作,不在我們施工方考慮之列,在此不作進一步論述。
2)原材料的要求
水泥和骨料的品種和用量,對大體積混凝土發(fā)生裂縫的影響很大。如前所述,引起混凝土裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚,使混凝土出現(xiàn)早期溫升及后期降溫現(xiàn)象。為此,在施工中宜用低熱的水泥品種,其特性是干縮性較小、抗裂性較好?;炷恋拇旨毠橇霞壟涞暮脡?,對節(jié)約水泥和保證混凝土具有良好的和易性有很大關(guān)系。粗骨料應(yīng)盡可能接近中間級配,細骨料以采用中、粗砂為宜。砂石的含泥量必須嚴格控制,一般石子的含泥量控制在小于1%,砂子含泥量控制在小于2%。
3)摻加劑的采用
在混凝土中摻入少量的外加劑,可以改善其性能,節(jié)約水泥用量,減少收縮,縮短施工。采用摻加劑可進一步改善混凝土的坍落度,滿足可泵性,采用單純增加單位用水量,多用水泥加劇混凝土收縮,并使水化熱升高,容易引起混凝土開裂等弊端。以粉煤灰作外摻劑,部分代替水泥,不僅可以改善混凝土的和易性,有利于施工操作,而且對降低混凝土的水化熱有良好的作用,同時還有明顯的經(jīng)濟性。
溫度控制是大體積混凝土施工中的一個重要環(huán)節(jié),是防止溫度裂縫的關(guān)鍵。為了降低混凝土的總溫升,減少結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差,控制出機和澆灌溫度是一個重要方面。
控制出機溫度:混凝土中石子的比熱較小,而1 m3混凝土中石子所占的重量最大,水的比熱最大,而其重量在每立方混凝土中只占一小部分,因此,對混凝土出機溫度影響最大的是石子及水的溫度,在氣溫較高的季節(jié)施工時,為防止太陽直接照射,可在砂石堆場上搭設(shè)遮陽料蓬,必要時也可在使用前洗骨料。
控制澆灌溫度,為了降低混凝土從攪拌機出料到卸料、泵送、澆灌振搗后的溫度,減少結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫度,一般按季度采取措施。夏季施工時,則應(yīng)從減少“冷量”損失著手,澆灌混凝土過程中,采取有效措施來縮小混凝土暴露面,加快澆灌速度,縮短澆灌時間,在施工時,應(yīng)做到保溫澆灌,保溫養(yǎng)護,在混凝土沒有達到允許臨界強度(設(shè)計強度30%~40%)以前防止凍害。
控制混凝土抗拉強度低,這是容易開裂的內(nèi)在因素,因此在施工的全過程,必須制造條件,確?;炷辆鶆蛎軐?,提高混凝土的抗拉強度。在施工中應(yīng)將熱強比H即混凝土總水化熱WQ(W為水泥最終水化熱,Q為1 m3混凝土的水泥用量)與混凝土強度F之比H=WQ/F,作為控制大體積混凝土施工全過程的一項指標。當H值越小,就越反映出獲得同樣混凝土強度的總熱量減小。因此,必須進一步嚴格控制水泥用量和水量,摻入合適的外加劑,優(yōu)化混凝土級配,改進混凝土攪拌、運輸、澆灌、振搗等工藝,以提高混凝土施工工藝水平來促進抗裂度的提高。
在盡量減少混凝土內(nèi)部溫升的前提下,大體積混凝土的養(yǎng)護是一項十分關(guān)鍵的工作,必須切實做好。養(yǎng)護工作就是要保持適宜的濕度和溫度條件,保證新澆筑的混凝土有適宜的硬化條件,防止在早期由于干縮而產(chǎn)生裂縫,為防止裂縫產(chǎn)生,應(yīng)在混凝土澆筑完畢后,及時灑水養(yǎng)護,以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤?;炷琉B(yǎng)護時的溫度控制方法,根據(jù)當時施工時的季節(jié)溫度,可采用降溫法、保溫法、蓄水法、水浴法等,各法均有利弊,應(yīng)根據(jù)施工地區(qū)、季節(jié)結(jié)合實際情況采用。
溫度控制是大體積混凝土施工中的一個重要環(huán)節(jié),是防止溫度裂縫的關(guān)鍵,而在引起裂縫產(chǎn)生的諸多因素中,混凝土水化熱和外界氣溫造成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度應(yīng)力是一個主要因素。為了控制裂縫的產(chǎn)生,必須加強溫度監(jiān)測工作,對混凝土內(nèi)部溫度進行監(jiān)測,測溫采用電子測溫儀,從預(yù)埋測溫管到定時測溫,應(yīng)由專職測溫人員進行。測溫時若發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部最高溫度與表面溫度之差達25℃或溫度異常時,應(yīng)及時報告,以便及時采取處理措施。