隨著經濟和施工技術的迅速發展 ,現代建築中涉及到大體積混凝土施工也越來越多 ,如高層建築基礎、大型裝置基礎、水利大壩等。它們的主要特點就是體積大 ,水泥水化熱釋放比較集中 ,內部溫度公升高比較快。當大體積混凝土內外溫差較大時 ,會使混凝土產生溫度裂縫。
眾多任務程實踐證明 ,大體積混凝土施工難度比較大 ,混凝土產生溫度裂縫的機率較多 ,稍有差錯 ,輕者會影響建築物的抗滲效能和外觀質量 ,重者還會嚴重影響建築結構的安全 ,甚至造成坍塌事故 ,從而造成無法估量的損失。因此我們必須從根本上分析大體積混凝土溫度裂縫的產生原因 ,採取各種措施減少和控制溫度裂縫的出現 ,來保證施工的質量。
1、溫度裂縫產生的原因
大體積混凝土結構的整體性要求高 ,施工時如無特殊情況 ,一般要求一次性整體澆築。澆築後 ,水泥因水化反應引起水化熱 ,由於混凝土體積大 ,內部與表面散熱速率不一樣 ,聚集在內部的水泥水化熱不容易散發 ,混凝土內部溫度將顯著公升高 ,而混凝土表面則散熱較快 ,與混凝土內部產生較大的溫度差 , 使混凝土內部產生壓應力 ,表面產生拉應力。同時在澆築初期混凝土的彈性模量和強度很低 ,對水化熱急劇溫公升引起的變形約束不大 ,溫度應力比較小。
隨著混凝土齡期的增長 ,其彈性模量和強度相應提高 ,對混凝土降溫收縮變形的約束越來越強 ,即產生很大的溫度應力 ,當混凝土的抗拉強度不能抵抗溫度應力時 ,即產生溫度裂縫。 大體積混凝土產生溫度裂縫的影響因素主要有:
1.1 水泥水化熱的影響
水泥在水化反應過程中產生大量的熱量 ,這是大體積混凝土內部溫度公升高的主要熱量**。由於大體積混凝土截面的厚度大 ,水化熱聚集在結構內部不易散發 ,會引起混凝土內部急劇公升溫 ,造成較大的內外溫差 ,從而產生溫度裂縫。
1.2 內外約束條件的影響
大體積混凝土一般與地基整體澆築在一起 ,當溫度變化時會受到地基的限制 ,因而產生外部的約束應力。當混凝土早期溫度上公升時 ,產生的膨脹變形會受到約束面的約束而產生壓應力 ,而此時混凝土的彈性模量很小 ,徐變和應力鬆弛卻較大 ,與基層連線也不太牢固 ,因而壓應力較小 ,但是當溫度下降時 ,則產生很大的拉應力。若產生的拉應力超過混凝土的抗拉強度 ,就會出現垂直裂縫。
工程實踐證明 ,當混凝土的內外溫差小於 25℃時 , 產生溫度裂縫的機率就小的多。由此可見 ,降低大體積混凝土的內外溫差和改善約束條件 ,是防止大體積混凝土產生裂縫的重要措施。
1.3 外界氣溫變化的影響
大體積混凝土結構在施工期間 ,外界氣溫的變化對防止大體積混凝土開裂有著重要影響。混凝土澆築溫度與外界氣溫有著直接關係 ,澆築溫度又影響著混凝土的內部溫度。大體積混凝土結構不易散熱 ,其內部溫度有的工程竟高達 90 ℃以上 ,而且持續時間較長。
如外界氣溫下降 ,特別是氣溫驟降 ,會加大混凝土的溫度梯度 , 溫差愈大 , 溫度應力也愈大。此時混凝土內部產生壓應力 ,表面產生拉應力 , 當這個拉應力超過混凝土的抗拉強度時 ,大體積混凝土的表面就會出現裂縫。
2、控制大體積混凝土產生溫度裂縫的措施
大體積混凝土的施工技術要求比較高 ,特別在施工中要防止混凝土因水泥水化熱而引起的溫度差。在施工時 ,必須從原材料選擇、施工技術、養護、溫度檢測等有關環節做好充分的準備工作 ,才能防止大體積混凝土溫度裂縫的產生。
2.1 原材料的選擇
⑴ 選用發熱量低初凝時間較長的水泥如礦渣水泥。盡量降低混凝土中的水泥用量 ,減少水泥水化反應產生的熱量 ,降低混凝土的溫公升，提高混凝土硬化後的體積穩定性。為保證減少水泥用量後混凝土的強度和坍落度不受損失 ,可適度增加活性細摻料替代水泥。
例如摻加適量的粉煤灰減少水泥用量 ，達到降低水化熱的目的 , 但摻量不能大於30 % 。
⑵ 粗細骨料級配良好。通過試驗選擇合理的石砂級配。在滿足混凝土強度的基礎上 ，骨料盡量選用較大的粒徑 5 -40mm， 要具有較好的級配。
同時必須嚴格控制砂石料的含泥量 ,石子的含泥量控制在 1 %以下，砂的含量在 2 %以下 ，這樣既提高了混凝土抗壓強度 ,又可以減少用水量和水泥的用量。
⑶ 加適量的緩凝劑 ( 如木質素磺酸鈣) 。摻加緩凝劑不但可以延緩水化熱的釋放速度、 推遲溫峰的出現並延長混凝土的凝結時間 ，還可以改善混凝土和易性 ，減少水和水泥用量 ,從而降低水化熱。
⑷ 拌製大體積混凝土的原材料均需進行檢驗合格後方可使用。
2.2施工技術措施
⑴ 在炎熱夏季進行施工時 ,要採取下列措施對材料進行降溫 :
①提前1周以上的時間將水泥入庫降溫 ,並保證水泥倉庫有良好的通風；
②砂石堆進行覆蓋 ,避免陽光直射 ,必要時向骨料噴冷水；
③ 防止攪拌機在陽光照射下溫公升過高 ,可採用搭涼棚的方法為攪拌機遮蔭；
③混凝土宜現場採用冷水拌製。
⑵ 澆築混凝土前應將基槽內的雜物清理乾淨，而且混凝土的澆築應連續進行，間歇時間不得超過3～5h，澆築時必須嚴格控制混凝土的入模溫度，混凝土最高澆築溫度不得超28℃，在澆築混凝土時投入適量的毛石 ,以吸收熱量並節約混凝土 ;在澆築的混凝土內部預先埋置冷卻管 ,用迴圈水來降低混凝土內部溫度峰值延緩公升溫速度 ;澆築時若外界氣溫過高 ,可採用在輸送管上加蓋草袋並噴冷水的方法。
⑶ 在施工現場要對商品混凝土逐車進行檢查， 測定混凝土的坍落度和溫度，檢查混凝土量是否相符，嚴禁混凝土攪拌車在施工現場臨時加水。混凝土攪拌車到場等待時可採取向攪拌罐上噴冷水的措施來控制混凝土的澆築溫度。
⑷ 嚴格控制混凝土的澆築速度。一次澆注的混凝土不可過高、過厚， 以保證混凝土溫度均勻上公升。對於斷面相差很大的結構和剪力牆的孔、洞、口處 ,應先澆灌較深的部位 ,待靜止 1～2h 混凝土沉降後 ,再與斷面或孔洞上部的混凝土一起澆築。
牆板混凝土宜採用非幫浦送混凝土 ,利用塔吊和人力推車連續進行 ,以避免施工冷縫的出現。
⑸ 可以適當在混凝土中摻加合成纖維。混凝土中摻入合成纖維後 ,可使數以千萬計的纖維三維均勻的分布在混凝土內部，混凝土塑性階段乾縮及冷縮所產生的表面一旦延伸到合成纖維即可停止發展。
⑹ 合理安排施工工序，遵循「同時澆搗、分層推進、一次到位、 循序漸進」的成熟工藝，薄層澆搗，均勻上公升，以利於散熱。大體積混凝土澆築時應盡量擴大澆築工作面 , 分層澆搗 ,逐步推進。要嚴格控制振搗的時間及插入深度 ,防止振搗過程中出現漏振。
根據結構特點 ,大體積混凝土的澆注方法可分為：全面分層、分段分層、斜面分層的澆注方案。如圖1所示。
①圖1a全面分層:在第一層混凝土全部澆築完畢後 ,再回頭澆築第二層。此時應使第一層混凝土還未初凝 ,如此逐層連續澆築,直至完工為止。
適用於結構的平面尺寸不太大的情況 ,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築。
②圖 1b 斜面分層:要求斜面的坡度不大於1/3， 適用於結構的長度大大超過厚度3倍的情況。混凝土從澆築層下端開始 ,逐漸上移。
混凝土的振搗也要適應斜面分層澆築工藝 ,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。隨著混凝土澆築的向前推進 ,震動器也相應跟上。
③圖1 c 分段分層 : 混凝土澆築時,先從底層開始,澆築至一定距離後澆築第二層 ,如此依次向前澆築其他各層。由於總的層數較多,所以澆築到頂後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築。
這種方案適用於單位時間內要求**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。
⑺振搗時振動棒應盡量垂直插入 ,快插慢拔 , 插點交錯 ,均勻布置。在振搗上一層混凝土時 ,應深入下一層約 50～100mm, 以消除層間的接縫。振搗時間以表面基本水平並出現水泥漿,混凝土不再冒氣泡、不再明顯坍落為度。
必要時在混凝土凝結前的適當時間內進行二次振搗 ,以增加混凝土的密實度 ,減少混凝土內部的微裂縫 ,提高混凝土的強度和抗滲效能。
⑻冬季大體積混凝土澆築時 ,為防止表面散熱過快 ,造成過大的內外溫差,應在外部覆蓋保溫材料或者進行短時間加熱 ,拆模後迅速回填土方以利保溫。
2.3 大體積混凝土的養護措施
養護是大體積混凝土施工中一項十分關鍵的工作。養護時要保持適宜的溫度和濕度 ,以便控制混凝土內外溫差 ,促進混凝土強度的正常發展及防止混凝土溫度裂縫的產生和發展。根據工程的具體情況，應盡可能多養護一段時間 ,拆模後應立即回填土或覆蓋保護。
同時要預防冬期驟冷寒潮氣候影響 ,以控制內外溫差 ,防止混凝土早期和中期裂縫。大體積混凝土的養護 ,不僅要滿足強度增長的需要 ,還應通過人工的溫度控制，防止因溫度梯度引起混凝土的開裂。
大體積混凝土養護階段防止溫度裂縫的措施主要有 :
⑴ 澆築後2h採用塑料膜對表面覆蓋,可有效增加混凝土的表面溫度 ,減小總溫差。若在冬季施工需在塑料膜上面加上草墊保溫等。
⑵ 混凝土澆築後 ,應在終凝後兩小時開始帶水養護 , 養護期14天以上。夏季澆築大體積混凝土時 ,可採用積水養護的方法。在混凝土表面上用磚砌成淺水池 ,然後放入 300mm 深的水 ，起保護和養護雙重作用。
⑶ 冬季施工時 ,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、溼砂等) ,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於 25 ℃。
2.4 大體積混凝土施工中的溫度檢測措施
要對大體積混凝土進行有效的溫度控制 ,就必須進行科學檢測。設定測溫點 ,以便了解內外溫差的資料 ,及時採取相應措施 ,以保證控制的準確性。
大體積混凝土溫度的檢測要在混凝土澆灌完畢後 2 天開始 ,檢測時間為1個月 ,在前面7天 ,每隔2 小時測溫一次 ,以後每隔8小時測溫一次。在澆築混凝土時 ,採用預埋溫度感測片和測溫儀 ,一般布置上中下三個混凝土內部測溫點和乙個混凝土表面控制的測溫點，從澆築開始測溫，澆築完後根據溫控指標及時調整保溫、保濕等養護條件。混凝土養護階段的溫度檢測應注意以下幾點 ：
⑴ 混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應小於20 ℃，當結構混凝土具有足夠的抗裂能力時 ,不大於25 ℃～30 ℃。
大體積混凝土溫度裂縫產生原因和防治措施
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