大体积混凝土施工及裂缝处理方法论文

浅议大体积混凝土施工及裂缝处理方法

摘要:本文叙述了大体积混凝土概念和大体积混凝土施工现状,探讨了大体积混凝土在施工实践中易发生的问题及大体积混凝土裂缝的处理方法。

关键词:大体积混凝土 施工 裂缝处理 0 引言

改革开放以来,随着我国经济的迅猛发展,我国的建筑业也取得了辉煌的成就。其中,混凝土结构,预应力混凝土结构技术,混凝土结构设计理论与设计规范水平已经处于世界领先的水平。同时,也开发出了一批新型高强和高性能的建筑材料,如高强混凝土,高性能混凝土,轻质混凝土,钢纤维,约束混凝土等等。而随着发展的需要,我国也已经出现了一大批的高层、超高层建筑,大型的体育馆、商场等大规模的建筑群。因此大体积混凝土也越来越多的被应用到实际当中。在取得了一些辉煌成就的同时,也有着一些施工方面的问题,其中,混凝土的裂缝就是最常见的质量事故之一。本文就大体积混凝土的现状,优、缺点,以及处理常见事故通常所采取的方式做简要的说明和阐述。 1 大体积混凝土的概念

大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m以上,施工时必须采取相应的技术措施妥善处理水化热引起的混凝土内外温度差值,合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。

大体积混凝土结构的施工特点:一是整体性要求较高,往往不允

许留设施工缝,一般都要求连续浇筑;二是结构的体量较大,浇筑后混凝土产生的水化热量大,并积聚在内部不易散发,从而形成内外较大的温差,引起较大的温差应力。大体积混凝土尤其在高层和超高层建筑中应用广泛,其基础工程大多数都属于大体积混凝土工程,例如,高层建筑的箱形基础、筏式基础、桩基厚大的承台等,都属于体积较大的混凝土工程。这些大体积混凝土工程具有结构厚,体形大、钢筋密,混凝土数量多(有的混凝土量已超过10000m3),施工条件复杂和施工技术要求高等特点,除了必须满足强度、刚度、整体性和耐久性要求外,还存在如何控制和防止温度应力,变形裂缝产生等问题。

2 大体积混凝土施工现状

目前,国内大型工业与民用建筑的比例不断增加,30层以上的高层楼房已经比较普遍,随着建筑高度增加,高层建筑地下室的底板一般较厚,有的已经达到2m以上。

日本建筑学会对大体积混凝土的定义是:“结构断面最小尺寸在80cm以上,同时水化热引起的混凝土内最高温度与表面温度之差预计超过25℃的混凝土称之为大体积混凝土。”因此高层建筑基础底板均为大体积混凝土,而大体积混凝土施工的主要技术难点为温度裂缝的控制问题。

大体积混凝土在施工阶段之所以会产生裂缝,是其内外矛盾发展的结果。一方面由于水泥水化热引起的结构内外温差过大而产生的温度应力和温度变形,另一方面,结构物的内外约束要阻止这种

变形。混凝土在硬化过程中,一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉应力极限时,就会出现裂缝。

随着大体积混凝土工程实例不断增加,国内已经积累了较多的施工经验,但由于各工程的设计、施工条件的不同,大体积混凝土的施工仍然缺少实用、成熟的依据,而且施工中掌握不好,会出现一些反常的现象。各工程对温度应力的控制基本上均依据“混凝土内外温差≯25℃”的规定。但是,国内其他一些工程的实际情况表明:有的工程混凝土内外温差超过了25℃,但并没有出现裂缝,对较厚的混凝土此温差值可适当放宽。由于大体积混凝土施工影响因素较多(水泥品种、浇筑方法、混凝土厚度、降温措施、环境温度等),每个工程需要根据具体情况采取不同的施工技术,保证混凝土的施工质量。

3 大体积混凝土中外加剂的使用

混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中加入,用以改善混凝土性能的物质。掺量不大于水泥重量的5%。

在大体积混凝土施工中掺入混凝土外加剂,可大大改善混凝土工作性能,提高混凝土强度,增强混凝土的密实性,减少收缩、徐变和提高混凝土抗渗性,同时由于水泥用量的减少和混凝土微膨胀剂及高效缓凝减水剂的双掺应用,可推迟或延缓水泥水化热的作用,增强混凝土的抗裂性能,防止大体积混凝土出现升温阶段的表面裂缝和降温阶段的收缩裂缝。目前,商品混凝土中应用的外加剂种类繁多,主要有:加气剂、塑化剂、高效减水剂、矿物质掺料等。一般

在混凝土中加入外加剂后,可取得以下效果:①延缓混凝土的凝结时间和降低水化热;②减少了水泥用量;③减少了水用量;④限制了混凝土的膨胀率;

因此说,外加剂在大体积混凝土施工中必不可少,能够充分发挥其自身的优点,而降低了大体积混凝土的危害。 4 大体积混凝土在施工实践中易发生的问题

大体积混凝土基础的特点是混凝土浇筑面和浇筑量大,当混凝土浇筑完毕,由于水泥水化热的影响,使混凝土内部最高温度3～5d达到峰值,此时若混凝土内部最高温度与外界气温之差超过25℃,在升温阶段和降温阶段,容易发生表面裂缝和收缩裂缝。

大体积混凝土的裂缝大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同,分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝,最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面,可能破坏结构的整体性和稳定性,其危害性是较严重的,在工程实践中要绝对避免其发生;而深层裂缝部分地切断了结构断面,也有一定危害性,但在工程实践中的危害要比贯穿裂缝小的多;表面裂缝一般危害性较小。

大体积混凝土在施工阶段所产生的裂缝一般为温度裂缝,一方面是混凝土的内部因素:大体积混凝土由于水泥水化热导致混凝土内部温度较高,当混凝土表面温度与气温相差过大时,会产生温度收缩裂缝。混凝土线膨胀系数约为每摄氏度0.00001,即温度每升高或降低10摄氏度,混凝土会产生0.01%的线膨胀或收缩。以c30混

凝土为例,其净弹性模量约为30000mpa,当混凝土的线收缩为0.01%时,混凝土的受拉应力将达3mpa,大约相当于c30混凝土28天的抗拉强度。另一方面是混凝土的外部因素:如大气或环境温度的变化情况等。结构的外部约束和混凝土各质点间的约束,阻止混凝土收缩变形,混凝土抗压强度较大,但抗拉能力却很小,所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时,即会出现裂缝。 5 大体积混凝土裂缝的处理方法

明确了混凝土裂缝的成因,评定了其危害程度,最重要的任务就是对已经出现的可见具有危害性的裂缝进行处理。

首先,应在原材料的选用方面减少大体积混凝土裂缝的发生概率,其应注意以下几点要求:①粗骨料宜采用连续级配,细骨料宜采用中砂;②外加剂宜采用缓凝剂、减水剂;③掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等;④大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下,应提高掺合料及骨料的含量,以降低单方混凝土的水泥用量;⑤降低原材料的温度;⑥水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥,优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。 以上仅就在原材料的选取环节上尽量减小发生裂缝的可能,但在实际施工中,大体积混凝土的裂缝根本就难以避免。因此,在长期的实践经验的基础上探索出了一些具有较强的处理效果的方法,一般的裂缝处理方法有:

①表面修补:常用的方法有压实抹平,涂抹环氧胶粘剂,喷涂水

泥砂浆或细石混凝土,压抹环氧胶泥,环氧树脂粘贴玻璃丝布,增加整体面层,钢锚栓缝合等。此方法仅适用于危害较小的表面缝的裂缝处理工作。

②局部修复法:常用的方法有充填法,预应力法,部分凿除重新浇筑混凝土等。此方法宜适用于危害较小的表面缝的裂缝处理工作。

③水泥压力灌浆法:可灌入缝宽大于0.5mm的裂缝。此方法适用于危害较大的深层和贯穿缝缝的裂缝处理工作。

④化学灌浆法:可灌入缝宽大于0.05mm的裂缝。此方法适用于危害较大的深层和贯穿缝缝的裂缝处理工作,同时,也是最为常见的处理贯穿缝的方法之一。

⑤减小结构内力:常用的方法有卸载或控制荷载,设置卸载结构,增设支点或支撑,改简支梁为连续梁等。

⑥结构补强:常用的方法有增加钢筋,加厚板,外包钢筋混凝土,外包钢,粘贴钢板,预应力补强体系等。

⑦改变结构方案,加强整体刚度:例如:框架裂缝采用增设隔板深梁处理。

⑧其他方法:常用方法有拆除重做,改善结构使用条件,通过实验或分析论证不处理等。

不同原理的混凝土裂缝修复技术一般仅使用一定成因的混凝土裂缝,且需要一定的条件,因此裂缝处理方法采用时应有一定的选

择性,应根据实际情况合理进行选择。 6 大体积混凝土在工程中应注意问题

首先,在大体积砼施工前应对施工阶段大体积的砼浇注块体的温度、温度应力及收缩应力进行验算,组织设计、施工、材料三方共同研究认证,确定相关工作的负责人,建立健全质量管理控制检验体系,大体积混凝土的浇筑和振捣过程中,除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外,还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响,常采用全面分层、分段分层、斜面分层等方法进行浇筑。

其次,在大体积混凝土的养护阶段应注意保持适宜的温度和湿度,以便控制混凝土内表温差,促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。大体积混凝土的养护,不仅要满足强度增长的需要,还应通过施工的温度控制,防止因温度变形引起混凝土的开裂。

最后,大体积混凝土拆模时,混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。 7 结束语

伴随着我国国民经济的不断发展,各种基础设施的不断完善,在高速公路领域;在桥梁建设领域;在机场和港口建设领域;在核电站、钻井平台领域到高层、超高层建筑,地下工程领域大体积混凝土越来越多的被应用到人们的实际生活中,随之而来的就是要严格

把好大体积混凝土施工的质量关,以确保混凝土的耐久性和安全性。此外,更应积极的加大对大体积混凝土外加剂、掺和料的研发工作,最大程度的弥补大体积混凝土施工工艺的不足之处,尽最大可能的提高大体积混凝土的结构安全使用寿命,以期达到造福于民的目的。 参考文献:

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