橋梁大體積混凝土裂縫施工控制

鄭 群

(浙江利越路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,浙江 金華 322100)

中圖分類號:TU755.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1673-0992(2009)12-073-01

摘要:針對橋梁大體積高強(qiáng)度混凝土施工特點,從配合比設(shè)計、材料選擇、降溫度保濕方法等方面分析了大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因有水泥水化熱的影響、混凝土的收縮、外界氣溫濕度變化的影響。其中水泥水化熱是產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵因素,在施工中采取措施控制混凝土水化熱的影響,防止危害裂縫的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞:大體積混凝土;裂縫;水泥水化熱;施工控制

一、大體積混凝土的定義

什么是大體積混凝土?目前國內(nèi)外的定義也不盡相同。日本建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)(JASS5)規(guī)定: “結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm以上,同時水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計超過25℃的混凝土,稱為大體積混凝土”。美國混凝土學(xué)會(ACI)規(guī)定: “任何就地澆筑的大體積混凝土,其尺寸之大,必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題,以最大限度減少開裂”,可以理解為: “任何現(xiàn)澆混凝土,只要有可能產(chǎn)生溫度影響的混凝土均稱為大體積混凝土。”

二、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

大體積混凝土結(jié)構(gòu)通常具有以下特點:混凝土是脆性材料,橋梁工程中常用混凝土(Cl5～C40)抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的8%～13%。大體積混凝土的斷面尺寸較大,由于水泥的水化熱會使混凝土內(nèi)部溫度急劇上升;以及在以后的降溫過程中,在一定的約束條件下會產(chǎn)生相當(dāng)大的拉應(yīng)力?，F(xiàn)橋梁墩身及基礎(chǔ)等大體積混凝土結(jié)構(gòu)中通常只在表面配置少量鋼筋,或者不配鋼筋。因此,拉應(yīng)力要由混凝土本身來承擔(dān)。

1.水泥水化熱

水泥水化過程中放出大量的熱,且主要集中在澆筑后的2～5d左右,從而使混凝土內(nèi)部溫度升高。.尤其對于大體積混凝土來講,這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同,因此混凝土中心溫度很高,這樣就會形成溫度梯度,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。

2.混凝土的收縮

混凝土在空氣中硬結(jié)時體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形受到外部約束時(支承條件、鋼筋等),將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力,使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮3種。在硬化初期主要是水泥水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化,后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

3.外界氣溫、濕度變化

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間,外界氣溫的變化對裂縫的產(chǎn)生有著很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系,外界氣溫愈高,混凝土的澆筑溫度也就會愈高;如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度下降過快,會造成很大的溫度應(yīng)力,極易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響,外界的濕度降低會加速混凝土的干縮,也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

三、施工中的質(zhì)量控制

1.通水冷卻

在實際施工中,我們采用在承臺鋼筋骨架內(nèi)鋪設(shè)冷卻水管的做法,增加進(jìn)出水口(6進(jìn)、6出),加快冷卻水分循壞速進(jìn),快速降低承臺內(nèi)部的溫度。

2.降低水泥水化熱

(1)水泥品種選定。水泥水化熱主要取決于水泥的礦物組成、用量和放熱速率,因此應(yīng)選擇低中熱水泥。水泥水化熱主要來自水泥礦物中的C。S和C L,在大體積混凝土中,應(yīng)優(yōu)先考慮采用C。S和C L含量低的水泥,如大壩水泥等。

(2)減少水泥的用量。大量試驗資料表面每立方米砼每減少10Kg水泥用量,砼的水化熱溫升降低1℃左右。在確定混凝土強(qiáng)度及坍落度的情況下,宜用大粒徑骨料、合理的集料級配,通過摻粉煤灰、減水劑來減少水泥用量。

通過這兩項措施,可以降低混凝土中水泥用量的25%~30%,降低絕熱溫升10℃左右。

3.降低入模溫度

入模溫度是指混凝土從拌和、運(yùn)輸至入模時的溫度,降低入模溫度的措施主要是對原材料進(jìn)行預(yù)冷?？刹捎美鋮s拌和水如深井水或摻加冰屑直接對混凝土進(jìn)行降溫,但由于水在混凝土中所占熱容量的百分比不大,因此單憑冷卻水不能完全有效地降低混凝土的入模溫度,還需對粗骨料、水泥進(jìn)行處理。夏季施工時,應(yīng)對粗細(xì)骨料進(jìn)行搭棚遮陽,防止陽光直射而引起溫升,以及在拌和前對粗骨料進(jìn)行噴射冷卻水降溫,但實踐表明,只有氣溫在30℃ 以上時,上述措施的效果才比較明顯。水泥一般不作預(yù)冷,只對水泥罐進(jìn)行自理即可,如選用淺色漆、水泥罐頂安裝噴淋裝置噴冷卻水等。另外,盡量不要使用剛出廠的水泥。

此外,環(huán)境氣溫對混凝土的預(yù)冷效果影響較大,入模溫度應(yīng)控制在比環(huán)境溫度高約5℃左右。

4.控制鋼筋施工不當(dāng)引起的裂縫

在施工時,一定要搭設(shè)工作平臺,避免人員、機(jī)械對鋼筋的擾動;要在鋼筋網(wǎng)之間增加橫向、豎向支撐鋼筋,焊接成鋼筋骨架,增加鋼筋骨架的剛度和穩(wěn)定性,以保證鋼筋位置的準(zhǔn)確。

5.拆模時的控制

新澆混凝土在早期溫度上升時,產(chǎn)生的膨脹變形受到約束而形成壓應(yīng)力,此時混凝土彈性模量小,徐變和應(yīng)力松弛度大,使混凝土與下層連接不牢固,因而壓應(yīng)力較小;當(dāng)溫度下降時,則產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,若超過混凝土的抗拉強(qiáng)度,所澆混凝土?xí)霈F(xiàn)垂直裂縫。因溫升達(dá)到最大值一般在3d以上,故拆模時間要控制在3d以上,以防拆模時降溫造成更大的溫度應(yīng)力。

6.養(yǎng)護(hù)方法

對于大體積混凝土,一般采用通水冷卻、蓄水養(yǎng)生、保溫養(yǎng)護(hù)等措施。采用表面全保溫養(yǎng)護(hù)法,即利用保溫材料提高新澆筑的混凝土表面和四周溫度,減少混凝土的內(nèi)外溫差,這是一種比較簡便有效的溫度控制方法。對于每一承臺,都采用銅電阻測溫設(shè)備進(jìn)行測溫控制,根據(jù)溫差確定保溫措施。保證混凝土內(nèi)外溫差,將混凝土表面和模板外側(cè)溫差控制在10℃ 左右。

四、結(jié)語

為防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生,應(yīng)從降低溫度應(yīng)力和提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度兩方面著手。做好冷卻和保溫,澆筑前避免材料過熱,澆筑后保溫,降低溫度應(yīng)力。提高混凝土的極限拉伸,緩慢降溫可充分發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松弛效應(yīng),提高抗拉性能。嚴(yán)格控制砂石質(zhì)量,限制含泥量,正確選用混凝土級配,適當(dāng)摻用外加劑,減少用水量,改進(jìn)混凝土澆筑工藝,是提高混凝土強(qiáng)度的有效方法。適宜的溫濕養(yǎng)護(hù)可減少收縮,充分發(fā)揮水泥水化作用,促使混凝土強(qiáng)度潛能得到充分發(fā)揮。充分做好以上幾點,能有效防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。?

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