据调查全国的高层建筑地下结构中,底板出现裂缝的现象占调查总数的20%左右,地下室外墙(混凝土结构)出现裂缝的现象占调查总数的80%左右。因此,为了保证建筑物的安全和长期正常工作,必须有效地防止其产生的裂缝。
大体积混凝土裂缝产生的原因
1、水泥水化热的影响
在大体积混凝土硬化期间,水泥水化产生大量的水化热,热量聚集在混凝土内部不易散发,因而使混凝土内部温度升高并与其表面温度产生温差,当温差超过25~28℃时,就会引起较大的表面拉应力和混凝土内部的压应力,如果表面拉应力超过此时的混凝土抗拉极限强度,就会在混凝土表面产生温度裂缝。
2、受约束条件的影响
混凝土浇筑后,其体积变化将受基底和结构本身的约束,初期时,水泥急剧水化升温,体积膨胀,处于受压状态,混凝土强度和弹性模量都较低,产生的温度应力很小;后期时,水泥水化热减少,温度降低,体积收缩,受基底和结构本身的约束,由受压状态变为受拉状态,产生拉应力。内约束是由于内部水泥水化热不易散发,而表面则易散发,使内部温度高于表面温度。也就是说,内部体积膨胀受表面约束处于受压状态,而表面体积收缩(特别是遇气温骤降)受内部约束,产生拉应力。
3、受收缩变形的影响
大体积混凝土降温时,因渐次散热而产生收缩,加之混凝土拌合水中,约有20%的水分是水泥水化所需要的,其余80%的水分是为了保证浇筑中混凝土的和易性,这就会促使混凝土硬化时产生收缩。其中多余水分的蒸发是大体积混凝土体积收缩的主要原因,干缩即产生收缩应力从而使混凝土产生裂缝。
大体积混凝土裂缝的防治措施
混凝土材料的选配
1.水泥的水化热是受矿物成分及掺加混合材料数量多少影响的。因此,应在满足混凝土设计要求的前提下,选用低水化热水泥,如中热硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。
2.水泥水化产生的水化热是大体积混凝土发生温度变化而导致体积变化的主要根源。采用减少水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值,可以使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度控制的难度降低,也可降低保温养护的费用。
3.粗骨料宜优先选用粒径较大、级配良好的石子,细骨料宜采用中粗砂。增大骨料粒径,能减少水泥用量和用水量,但是骨料粒径增大后易引起混凝土拌合物离析。因此,在混凝土配合比设计中应优化设计,并且在施工中进行。
4.粉煤灰的水化热远小于水泥,7天的水化热约为水泥的1/3,28天的水化热约为水泥的1/2。因此,在大体积混凝土中掺入20%-25%粉煤灰,不仅可减少水泥用量,又可有效降低水化热。优质粉煤灰的需水性小,有减水作用,可降低混凝土的单位用水量和水泥用量;还可减小混凝土的自生体积收缩,有的还略有膨胀,有利于防裂。同时,使用粉煤灰还是废物利用,有利于环保。
掺加减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量,从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用,可降低水化温升,有利于防止裂缝,还可延迟水化热释放速度,改善混凝土的和易性。比如:掺加GCL1-3 改性木钙减水剂,掺量为0.2%-0.4%,约减水泥用量15%。这种减水剂可以缓凝,在大体积混凝土中可以避免冷接缝,提高工作性及流动性,有利于泵送,宜推广采用。
降低混凝土浇筑温度
大体积混凝土因水化热引起体积变化,以及环境温度的周期变化均会引起开裂,如果把混凝土的初始温度降低一些,使其内外温差减少,也可避免混凝土开裂。可以采用以下措施:(1)提高骨料堆放高度,并在料仓和混凝土运输车辆上搭设防阳棚,必要时可以用水冲洗骨料;(2)混凝土浇筑温度尽量控制在28℃左右。
合理分层分块浇筑
该方法是将大体积混凝土分缝、分块、分期浇筑。在浇筑面积较大的仓面,可采用薄层浇筑,浇筑层厚度控制在1.0m-1.5m,以降低混凝土内部温升。施工缝面设键槽、插筋并打毛处理。这样既满足结构的整体性要求和温控要求,又改善了施工条件。
加强混凝土的保温养护措施
为防止大体积混凝土内外温差过大,造成温度应力大于混凝土的抗拉强度而产生裂缝,养护工作非常重要,应尽量长时间保持混凝土湿润状态,避免干缩,使混凝土能够增大强度以抵抗混凝土开裂应力。在混凝土到达养护龄期后,可将保湿养护覆盖混凝土几天,直到混凝土表面干燥为止,有利于减少开裂。在基础底板、迎水面混凝土等温控要求严格的部位,模板拆除后即贴泡沫板,减少混凝土内外温差,保温时间不少于28d。