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浅谈大体积混凝土施工
[摘要]在我国工程建设领域中经常涉及到大体积混凝土施工,如大型桥台、高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。混凝土产生温度裂缝,影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它,来确保工程的质量。
[关键词]大体积混凝土 施工 裂缝 温度
一、大体积混凝土简述
在我国工程建设领域中经常涉及到大体积混凝土施工,如大型桥台、高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。它主要的特点就是体积大,一般实体最小尺寸大于或等于1m。它的表面系数比较小,水泥水化热释放比较集中,内部温升比较快。混凝土内外温差较大时,会使混凝土产生温度裂缝,影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它,来确保工程的质量。
二、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。出现裂缝并不是绝对地影响结构安全,它都有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3mm;处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2mm。对于地下或半地下结构,混凝土的裂缝主要影响其防水性能。一般当裂缝宽度在0.1-0.2mm时,虽然早期有轻微渗水,但经过一段时间后,裂缝可以自愈。如超过0.2-0.3mm,则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以,在地下工程中应尽量避免超过0.3mm贯穿全断面的裂缝,如出现这种裂缝,将大大影响结构的使用,必须进行化学灌浆加固处理。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,但受拉力却很小,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。
产生裂缝的主要原因有以下几方面:(1)水泥水化热,水泥在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数相对较小,所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去,以至于越积越高,使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热,与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关,并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以散热,实际上内部的最高温度,多数发生在浇筑后的最初3-5天。(2)外界气温变化,大体积混凝土在施工阶段,它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的;温差愈大,温度应力也愈大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高温度一般可达60-65℃,并且有较长的延续时间。因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力。(3)混凝土的收缩,混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的,而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是很不利的。影响混凝土收缩,主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺等。
大体积混凝土所选用的原材料应注意以下几点:(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;掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等。(3)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。(4)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。但是,水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大,在浇筑层表面有大量水析出。这种泌水现象,不仅影响施工速度,同时影响施工质量。混凝土泌水性的大小与用水量有关,用水量多,泌水性大;且与温度高低有关,水完全析出的时间随温度的提高而缩短;此外,还与水泥的成分和细度有关。所以,在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种,并应在混凝土中掺入减水剂,以降低用水量。在施工中,应及时排出析水或拌制一些干硬性混凝土均匀浇筑在析水处,用振捣器振实后,再继续浇筑上一层混凝土。
四、大体积混凝土的浇筑
常采用的方法有以下几种:(1)全面分层,即在第一层全面浇筑全部浇筑完毕后,再回头浇筑第二层,此时应使第一层混凝土还未初凝,如此逐层连续浇筑,直至完工为止。采用这种方案,适用于结构的平面尺寸一般不宜太大,施工时从短边开始,沿长边推进比较合适。必要时可分成两段,从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。(2) 分段分层,混凝土浇筑时,先从底层开始,浇筑至一定距离后浇筑第二层,如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多,所以浇筑到顶后,第一层末端的混凝土还未初凝,又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少,不象第一种方案那样集中。这种方案适用于结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。(3)斜面分层,要求斜面的坡度不大于1/3,适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始,逐渐上移。
五、大体积混凝土养护时的温度控制
在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点:(1)混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃;当结构混凝土具有足够的抗裂能力时,不大于25℃-30℃。(2) 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。(3)采用内部降温法来降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管,通入冷却水,降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行,还有常见的投毛石法,均可以有效地控制因混凝土内外温差而引起的混凝土开裂。(4)保温法是在结构物外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料,在缓慢的散热过程中,使混凝土获得必要的强度,以控制混凝土的内外温差小于20℃。(5)混凝土表层布设抗裂钢筋网片,防止混凝土收缩时产生干裂。
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