论文部分内容阅读
某大厦建筑面积51000m2,地下2层,钢筋混凝土筏形基础承台板厚2m,平面尺寸为41.80m×37.0m,核心筒部位基础厚度为4800mm,混凝土量为4360m3。混凝土强度等级为C30,抗渗等级S6。为了确保结构质量,必须防止混凝土浇注时出现冷缝、混凝土浇注后底板因温度应力产生裂缝,如何做好大体积混凝土的施工尤为重要。
大体积混凝土裂缝对混凝土结构有什么危害?大体积混凝土产生裂缝的原因是什么?如何防治大体积混凝土裂缝的产生?阐述如下:
一、大体积混凝土裂缝对混凝土结构的危害
混凝土裂缝是混凝土结构的严重病害。大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同,分为表面裂缝、深层裂缝及贯穿裂缝三种。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;而深层裂缝部分地切断了结构断面,也有一定危害性;表面裂缝一般危害性较小。贯穿裂缝和深层裂缝会破坏结构的整体性,改变混凝土的受力条件,从而有使局部甚至整体结构发生破坏的可能,严重影响建筑物的质量和运行安全性。
二、大体积混凝土产生裂缝的原因
产生裂缝的原因很多,主要包括三类:混凝土自身性能(力学、变形及热学性能)引起的裂缝;外部环境因素和约束条件引起的裂缝;结构设计不合理引起的裂缝,三者既相互关联又相互影响。
大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝,一方面是混凝土内部因素:由于内外温差而产生的;另一方面是混凝土的外部因素: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。这种裂缝的宽度在允许限值内,一般不会影响结构的强度,但却对结构的耐久性有所影响,因此必须予以重视和加以控制。
大体积混凝土结构,浇筑后水泥的水化热很大,由于混凝土体积大,聚积在内部的水泥水化热不易散发,混凝土的内部温度将显著升高。而混凝土表面则散热较快,这样形成较大的内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。
由于温升影响产生的是收缩裂缝。这种裂缝产生在混凝土的降温阶段,即当混凝土降温时,逐渐散热而产生收缩;再加上混凝土硬化过程中,混凝土内部拌合水的水化和蒸发,以及胶质体的胶凝等作用,促使混凝土硬化时收缩。
这两种收缩,在收缩时由于受到基底或结构本身的约束,会产生很大的收缩应力(拉应力),如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝,这种收缩裂缝有时会贯穿全断面,成为结构性裂缝,带来严重的危害。
总结过去大体积混凝土裂缝产生的情况,有下述—些规律:
1.温差和收缩越大、温度变化和收缩的速度越快,越容易开裂,裂缝越宽、越密;
2.基底对结构的约束作用越大,越容易开裂;
3.温度梯度越大、承受均匀温差收缩的厚度越小,越容易开裂;
4.在一般情况下,结构的几何尺寸越大,越容易开裂。
三、混凝土裂缝的防治措施
综上分析,裂缝主要是由温差和收缩引起,所以为了防止裂缝的产生,就要最大限度的降低温差和减小混凝土的收缩,具体措施如下:
1、设计措施
1)精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽可能地降低混凝土的单位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)”的设计准则,生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝2)增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3-0.5%之间。
3)避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
4)在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率,提高混凝土的极限拉伸。
5)在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征,合理设置后浇缝,保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件,也可临时根据具体情况作设计变更。
2、施工措施
(1)采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。
(2)搅拌混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。
(3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,最好控制在500mm以内,以便于表面散热;第二层浇筑必须在第一段砼初凝前浇筑完毕。
(4)根据混凝土浇注面积,在混凝土上中下部设置一定数量测温管,定时测定内外温度,前4天每2h测一次,5-7天每4h测一次,8-15天每天一次,并及时记录,确保混凝土内外温差控制在25.以内,做到及时观察,出现温度超偏,可通过调整养护方式来降低温差。
(5)规定合理的拆模时间,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度,加强保温养护措施,现场通常采取措施为混凝土浇注后先覆盖一层塑料薄膜,用麻袋装锯末,厚度80~100㎜进行中层覆盖,最后覆盖1-2层100mm厚岩棉被。
(6)夏季施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面及侧边,设置专人撒水养护时间不少于14d,有条件的应对基础侧边进行覆土掩盖,避免内部水分蒸发过快,产生裂缝。
改善约束条件的措施是:
(1)合理地分区分块。
(2)避免基础过大起伏。
(3)合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别主注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力叠加,再加上混凝土干缩,表面拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险。但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一些轻型保温材料,如泡沫海绵等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显着的效果。加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小,因为大体积混凝土的含筋率极低,只是对一般钢筋混凝土有影响。为了保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一,例如使用减水防裂剂,笔者在实践中总结出其主要作用为:
(1)混凝土中存在大量的毛细孔道,水蒸发后毛细管中产生毛细管张力,使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力,但会使混凝土强度降低。
(2)水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%.
(3)水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充。
(4)掺加减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形。
(5)外加剂混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,减少水分蒸发,减 少干燥收缩。
许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性功能,我们在工程实践中应多进性这方面的研究,比单纯改善外部条件,可能会更加简洁、经济。
3、养护措施
实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成的,寒冷地区的温度骤降也是容易形成裂缝的。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要;从温度应力观点出发,现场保温应达到下述要求:
(1)防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝。
(2)防止混凝土超冷,应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土的使用期的稳定温度。
(3)防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。
新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常常引起水分损失,从而推迟或防碍水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初3天是养护的关键时期,在施工中应该切实重视起来。
四、结束语
以上对混凝土裂缝的原因和防治措施进行了理论和实践的初步探讨 ,虽然现在对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论,但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一,同时在实践中的应用效果也是比较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较、出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。
参 考 文 献
[1]周世民等,建筑施工手册[M]重庆;中国建筑工业出版社,1997;458—460■
大体积混凝土裂缝对混凝土结构有什么危害?大体积混凝土产生裂缝的原因是什么?如何防治大体积混凝土裂缝的产生?阐述如下:
一、大体积混凝土裂缝对混凝土结构的危害
混凝土裂缝是混凝土结构的严重病害。大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同,分为表面裂缝、深层裂缝及贯穿裂缝三种。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;而深层裂缝部分地切断了结构断面,也有一定危害性;表面裂缝一般危害性较小。贯穿裂缝和深层裂缝会破坏结构的整体性,改变混凝土的受力条件,从而有使局部甚至整体结构发生破坏的可能,严重影响建筑物的质量和运行安全性。
二、大体积混凝土产生裂缝的原因
产生裂缝的原因很多,主要包括三类:混凝土自身性能(力学、变形及热学性能)引起的裂缝;外部环境因素和约束条件引起的裂缝;结构设计不合理引起的裂缝,三者既相互关联又相互影响。
大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝,一方面是混凝土内部因素:由于内外温差而产生的;另一方面是混凝土的外部因素: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。这种裂缝的宽度在允许限值内,一般不会影响结构的强度,但却对结构的耐久性有所影响,因此必须予以重视和加以控制。
大体积混凝土结构,浇筑后水泥的水化热很大,由于混凝土体积大,聚积在内部的水泥水化热不易散发,混凝土的内部温度将显著升高。而混凝土表面则散热较快,这样形成较大的内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。
由于温升影响产生的是收缩裂缝。这种裂缝产生在混凝土的降温阶段,即当混凝土降温时,逐渐散热而产生收缩;再加上混凝土硬化过程中,混凝土内部拌合水的水化和蒸发,以及胶质体的胶凝等作用,促使混凝土硬化时收缩。
这两种收缩,在收缩时由于受到基底或结构本身的约束,会产生很大的收缩应力(拉应力),如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝,这种收缩裂缝有时会贯穿全断面,成为结构性裂缝,带来严重的危害。
总结过去大体积混凝土裂缝产生的情况,有下述—些规律:
1.温差和收缩越大、温度变化和收缩的速度越快,越容易开裂,裂缝越宽、越密;
2.基底对结构的约束作用越大,越容易开裂;
3.温度梯度越大、承受均匀温差收缩的厚度越小,越容易开裂;
4.在一般情况下,结构的几何尺寸越大,越容易开裂。
三、混凝土裂缝的防治措施
综上分析,裂缝主要是由温差和收缩引起,所以为了防止裂缝的产生,就要最大限度的降低温差和减小混凝土的收缩,具体措施如下:
1、设计措施
1)精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽可能地降低混凝土的单位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)”的设计准则,生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝2)增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3-0.5%之间。
3)避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
4)在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率,提高混凝土的极限拉伸。
5)在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征,合理设置后浇缝,保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件,也可临时根据具体情况作设计变更。
2、施工措施
(1)采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。
(2)搅拌混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。
(3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,最好控制在500mm以内,以便于表面散热;第二层浇筑必须在第一段砼初凝前浇筑完毕。
(4)根据混凝土浇注面积,在混凝土上中下部设置一定数量测温管,定时测定内外温度,前4天每2h测一次,5-7天每4h测一次,8-15天每天一次,并及时记录,确保混凝土内外温差控制在25.以内,做到及时观察,出现温度超偏,可通过调整养护方式来降低温差。
(5)规定合理的拆模时间,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度,加强保温养护措施,现场通常采取措施为混凝土浇注后先覆盖一层塑料薄膜,用麻袋装锯末,厚度80~100㎜进行中层覆盖,最后覆盖1-2层100mm厚岩棉被。
(6)夏季施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面及侧边,设置专人撒水养护时间不少于14d,有条件的应对基础侧边进行覆土掩盖,避免内部水分蒸发过快,产生裂缝。
改善约束条件的措施是:
(1)合理地分区分块。
(2)避免基础过大起伏。
(3)合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。
此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别主注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力叠加,再加上混凝土干缩,表面拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险。但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一些轻型保温材料,如泡沫海绵等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显着的效果。加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小,因为大体积混凝土的含筋率极低,只是对一般钢筋混凝土有影响。为了保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一,例如使用减水防裂剂,笔者在实践中总结出其主要作用为:
(1)混凝土中存在大量的毛细孔道,水蒸发后毛细管中产生毛细管张力,使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力,但会使混凝土强度降低。
(2)水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%.
(3)水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充。
(4)掺加减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形。
(5)外加剂混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,减少水分蒸发,减 少干燥收缩。
许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性功能,我们在工程实践中应多进性这方面的研究,比单纯改善外部条件,可能会更加简洁、经济。
3、养护措施
实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成的,寒冷地区的温度骤降也是容易形成裂缝的。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要;从温度应力观点出发,现场保温应达到下述要求:
(1)防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝。
(2)防止混凝土超冷,应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土的使用期的稳定温度。
(3)防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。
新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常常引起水分损失,从而推迟或防碍水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初3天是养护的关键时期,在施工中应该切实重视起来。
四、结束语
以上对混凝土裂缝的原因和防治措施进行了理论和实践的初步探讨 ,虽然现在对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论,但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一,同时在实践中的应用效果也是比较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较、出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。
参 考 文 献
[1]周世民等,建筑施工手册[M]重庆;中国建筑工业出版社,1997;458—460■