大体积混凝土裂缝的预防和控制

 
时间日期:2002-7-3        已被阅读次:[3512]
 
佛山市房屋建筑工程总企业 李航

  建筑业中,对混凝土的质量有着严格的要求。工业与民用建筑,大体积混凝土多数出现在基础和地下室工程中,其施工质量直接影响建筑整体安全。按施工规范GB50204-92定义:最小边长大于1000mm的混凝土构件被称为大体积混凝土。按此定义,大体积混凝土在多数基础工程中都会遇到,由混凝土水化热引起的质量问题不容忽视。

  一、作用机理

  混凝土硬化期间,内部水泥水化释放大量水化热,因大体积混凝土体积大,内部热量无法及进释放,水化热的积聚造成混凝土内部温升加剧,而混凝土表层因与大气接触,热量散失快,从而使混凝土内外形成较大温差。温差的形成使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当表面拉应力超过混凝土抗拉强度时,便产生裂缝,致使混凝土发生结构性破坏。加之,硬化过程中混凝土体积的收缩,一定程度上加剧了裂缝的扩展。

  二、材料选用

  要预防裂缝产生,首先要在不影响混凝土强度的情况下如何降低混凝土中水泥用量和水化热,其次,是如何减小大体积混凝土内外温差以及如何降低混凝土硬化过程中因收缩所造成的收缩应力。为降低混凝土水泥用量和水化热,混凝土原材料的选配是关键:

  1、选择低水化热的矿渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰水泥取替常用的普通硅酸盐水泥。

  2、细骨料选用中砂或粗砂,避免使用细砂,采用中、粗砂比采用细砂每立方米混凝土减少水泥用量20—25kg;粗骨料选用5—30mm连续级配较好的碎石,可一定程度降低水和水泥的用量。

  3、严格控制骨料的含泥量,含泥量大会降低混凝土自身抗裂强度,细骨料含泥量须控制在2%以下,粗骨料含量须控制在1%之内。

  4、混凝土中加适量粉煤灰和缓凝微膨型外加剂(如UEA、JM-3、KEA-2等)。粉煤灰能减少水泥用量,增加混凝土拌合物的和易性,并能够大幅度提高混凝土后期强度,在经过设计单位认可后,可以用60天混凝土强度值取代28天强度值。缓凝微膨型外加剂具有降低混凝土前期水泥水化速度和补偿混凝土收缩的作用,以微膨应力舒缓混凝土的收缩应力效果较为显著。

  三、施工措施

  1、施工前必须制订有效可行的混凝土浇筑方案,防止混凝土出现冷缝。浇筑方案的制定需明确混凝土浇筑次序、浇筑路线、浇筑带宽,人员、混凝土车、混凝土泵的配备务必合理,切防混凝土搅拌与浇筑的时间间隔过长。热天浇筑要制定混凝土防日晒措施,防止混凝土过早硬化。

  2、严格控制每层混凝土前后搭接的时间,保证每层混凝土按时覆盖浇注,一般混凝土搭接时间不宜超过2/3混凝土初凝时间。

  3、混凝土浇筑后振捣密实工作要做足,在振动界限之前,给予混凝土二次振捣,减小混凝土内部微裂,提高混凝土握裹力和自身抗压、抗裂性能,但须注意不能过振,以防混凝土产生离析。严格混凝土表面的处理工作,混凝土浇筑3小时内用长刮尺刮平表面,赶走泌水,清除浮浆,初凝养护前,用重滚滚压2遍,于初凝后、终凝前,用木抹子磨面,以闭合表面干缩裂缝;混凝土浇筑确保连续性,不留置施工缝。

  4、按规范要求,大体积混凝土内外温差不宜大于25℃。当混凝土原材料配制进行降温处理,仍无法满足规范要求时,以降低入模温度,减少内外温差。

  四、保温措施

  大体积混凝土的保温养护是通过对混凝土表层热散失的控制来完成的,为减少混凝土表面热量的散失,需对混凝土表面进行覆盖。

  1、混凝土终凝后,在其表面覆盖一定厚度的保温材料,保温材料的覆盖须起到保温和保湿双重的功效,保温材料可以选择草袋、砂、炉渣或锯末等。在覆盖保温材料前,最好在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜,这样既可以起动保温的作用,又能防止混凝土表面水份的散失。

  2、对大体积混凝土在终凝后进行蓄水养护,也是一种较好的选择。由于水的导热系数为0.58W/m.k,它不仅具有一定的保温作用,而且还可以使混凝土在最为湿润的状态下进行养护。对于大工程地下室底板水平面积较大,易于蓄水且插筋多,易接收阳光辐射及须避风的工程,蓄水保温养护更为适合。蓄水保温保湿养护,与通常薄膜加草袋的养护方案比较,从经济上也是适合的,工程越大,对资金的节约越为有利。

  一般来讲,无论草袋保温养护、还是蓄水保温养护,其厚度越厚越有助于降低混凝土的内外温差。但覆盖过厚,不但无助于混凝土整体的温降,而且还会加重工程成本。养护厚度的选择,可根据热交换原理求得,如厚度2.5米的基础底板,用两层塑料薄膜加两层草袋,或蓄水200mm进行保温养护,混凝土内外温差便能控制在25—30摄氏度左右。为防止天气骤变的影响,特别是混凝土内部温度峰值较高的几天,(一般温升峰值多出现在混凝土浇筑后2-4天),有控制的加强保温,是很有必要的。混凝土降温中期,为加快混凝土的内部散温,白天气温较高时,适当揭开保温层,晚间加之覆盖;混凝土降温后期,亦可采取逐日揭开保温层的做法。

  五、监测

  为了解混凝土内部温度变化规律,使混凝土温差处于可控状态,有的放矢地采取相应技术措施确保工程质量,也为以后积累第一手资料,对浇筑后的混凝土内部温升情况做细致、详实的跟踪监测和记录势在必行。混凝土浇筑后5天内,对混凝土内外温差数据的采集十重要,混凝土在此期间温升快,峰值高(据实测数据反映,大体积混凝土3天左右龄期内部温度会高达70摄氏度以上),且混凝土硬化初期强度不高,自身抗裂性能低,疏于把握,后果不堪想象。对混凝土的温升进行监测,除浇筑前选好测杆埋置点,备好监测器具,浇筑时埋好测杆,浇筑后务必配备专人24小时轮班进行监测。日常天气日暖夜凉,夜间大气温度较低,监测更为重要。监测过程中发现温差临近25℃,必须加强保温措施。一般情况下,在混凝土初凝后就要开始监测,浇筑后5天内,每2小时测温一次,5—15天每4小时测温一次,15天后每8小时测温一次,直至混凝土内部温度与夜间大气温度的差值小于25℃为止。同一时段每测点至少须采集混凝土底部之上1/4、混凝土中部、混凝土表层(保温层下)和大气的四个数据并做好记录。

  六、结束语

  规范要求,为了预防混凝土因内外温差造成混凝土开裂,产生结构性破坏,温差限定不宜超过25℃。但据有关工程资料反映,将大体积混凝土的内外温差控有对回填砂方按规范进行压实。因本例是Φ400砼管,故亦按实例1的相同计算方法算得结果如下:
1)、管道覆土竖向压力:同实例1
当H=1m时   P1=2.45t/m2,
当H=1.2m时  P1=2.94t/m2,2)、压路机振动荷载: 同实例1
当H=1m时  P2=6.02t/m2,
当H=1.2m时  P2=4.75t/m2,
3)、Φ400管自重:
P3=π×0.458×0.058×2.5=0.208t/m
4)、施工荷载组合:
Do=0.516m当H=1m时 P1=4.58t/m,
当H=1.2m时  P1=4.18t/m,
5)、Φ400管的抗剪力:
D1=0.438m t1=0.038m
P4=π×43.8×3.8×17=8889Kg=8.89t
6)、求l值:
当H=1m时 l>   =1.94m
当H=1.2m时 l>   =2.13m
本实例的构件实际破坏情况亦与计算相近。

  四、几点意见:

  1、由于地基的不均匀下沉而引起路面或地下构筑物产生裂缝的现象并不是最近才出现的,大家80年代所施工的砼路面(如汾江南路、江湾路……等)所出现的纵向裂缝大多数发生在方渠墙体的外边线上,分析其原因,主要是方渠的基础是落座在原状土上,即其地基是原状土层,是已固结的土层,其状态比较稳定,即使发生沉降量较小且较均匀,而与方渠相邻的路面其路基是落座在方渠的回填土方砂上,即以回填砂为道路的路基,而回填土方砂的施工并没有按规范的密实度要求去分层夯实,及至路基施工时,压路机亦不敢在离渠壁太近的地方施压(或施振),害怕侧压力引起渠壁的位移或损坏,所以相对于整条道路的路基而言,渠壁附近的回填砂的密实度较差,是整条路基的薄弱环节,道路完成通车后,受到车辆荷载及振动力的作用,路基产生不均匀下沉,下沉较大的则是渠壁外侧附近的地方,从而引起路面的纵向裂缝。由此可见,今后在道路施工过程中,对地下管线两侧的回填土方的处理应特别慎重,对其两侧回填土方的密实度,要分层套实,达到规范要求。

  2、今后对新填土形成的开发区能否作为地下管线的地基,应在地下管线设计施工之前,通过检验获得有关土层密实度的资料,以判断其是否能用作地基,如达不到的,应采取措施先加固地基,再施工地下管线,这点,设计部门应首先把关。

  3、目前佛山地区的小区开发,对大面回填土方砂一般都没有密实度要求,而小区开发的速度又很快,不会等待回填土自然沉实后再开发,有的甚至边填土边开发,这种开发方式对采用桩基础的建筑物而言,回填土的密实度要求对建筑物的沉降是没有多大影响的,但却对小区道路及地下管线则影响较大,尤其是珠江三角洲的农田多数同时有大小不等的鱼塘存在,回填土的厚度有深有浅,如对回填土的密实度不提出要求,则极可能会产生不均匀沉陷,对小区道路及地下管线产生较大的影响。所以对此类小区的开发,应对回填土方的密实度提出要求,并按要求验收,保证回填的质量。

  4、地下管线的沟槽回填质量目前还未引起足够的重视,地下管线包括供水、供电、供气、邮电、路灯、排水、排污……等,种类繁多,不同管线由不同的设计单位设计,不同的专业施工队完成,不同的甲方验收,有的地下管线有监理单位作全过程的监理,有的则没有。多数专业队伍往往把回填工序作为收尾工程而对其施工质量往往忽视,至使回填土质量差,及至路面施工时,因管沟回填已在前期完成并能在水下形成优质、均匀的混凝土,满足水下施工的要求。其特征是:

  (1)混凝土拌和物遇水不离析,水泥流失甚少,可在水中浇筑,进行不排水施工;

  (2)可在水中自流平、自密实,也可进行水下振捣与砌筑;

  (3)对施工水域无污染,絮凝剂对人体无害,可用于饮用水工程。

  因此,可用这种混凝土在水下灌入抛石体上部缝隙中,把分散的块石结成紧密的盖板,达到抗冲刷的目的。

  经比较分析,水下不分散混凝土能适应这一河床狭窄,流急,施工期不得碍航,不得污染饮用水源的要求,施工技术有一定保证。因此,在长约250m的护岸防冲工程中,试验应用这一技术。该试验坡脚大部分已有抛石,水下坡约1:1.6~1:1.9,设计安排对坡面抛石整平,为尽量减少抛石束窄河床,坡面依地势而变,大致为1:1.8,局部采用折线形;整平时注意抛石料块度、级配;抛石面浇筑水下不分散混凝土,折算厚度0.3m;在水下不分散混凝土强度达28d后坡脚二期抛石,该平台压护坡脚,并供日后检查观测,一旦坍陷,便补充抛石;护岸坡顶水位变动区2.5m宽混凝土平台设水平及沉降位移观测。设计断面见图2。总工程量混凝土1848m3,整平及二期抛石压脚石方5984m3。
本实例的构件实际破坏情况亦与计算相近。四、几点意见:

  1、由于地基的不均匀下沉而引起路面或地下构筑物产生裂缝的现象并不是最近才出现的,大家80年代所施工的砼路面(如汾江南路、江湾路……等)所出现的纵向裂缝大多数发生在方渠墙体的外边线上,分析其原因,主要是方渠的基础是落座在原状土上,即其地基是原状土层,是已固结的土层,其状态比较稳定,即使发生沉降量较小且较均匀,而与方渠相邻的路面其路基是落座在方渠的回填土方砂上,即以回填砂为道路的路基,而回填土方砂的施工并没有按规范的密实度要求去分层夯实,及至路基施工时,压路机亦不敢在离渠壁太近的地方施压(或施振),害怕侧压力引起渠壁的位移或损坏,所以相对于整条道路的路基而言,渠壁附近的回填砂的密实度较差,是整条路基的薄弱环节,道路完成通车后,受到车辆荷载及振动力的作用,路基产生不均匀下沉,下沉较大的则是渠壁外侧附近的地方,从而引起路面的纵向裂缝。由此可见,今后在道路施工过程中,对地下管线两侧的回填土方的处理应特别慎重,对其两侧回填土方的密实度,要分层套实,达到规范要求。

  2)、今后对新填土形成的开发区能否作为地下管线的地基,应在地下管线设计施工之前,通过检验获得有关土层密实度的资料,以判断其是否能用作地基,如达不到的,应采取措施先加固地基,再施工地下管线,这点,设计部门应首先把关。

  3)、目前佛山地区的小区开发,对大面积回填土方砂一般都没有密实度要求,而小区开发的速度又很快,不会等待回填土自然沉实后再开发,有的甚至边填土边开发,这种开发方式对采用桩基础的建筑物而言,回填土的密实度要求对建筑物的沉降是没有多大影响的,但却对小区道路及地下管线则影响较大,尤其是珠江三角洲的农田多数同时有大小不等的鱼塘存在,回填土的厚度有深有浅,如对回填土的密实度不提出要求,则极可能会产生不均匀沉陷,对小区道路及地下管线产生较大的影响。所以对此类小区的开发,应对回填土方的密实度提出要求,并按要求验收,保证回填的质量。

  4)、地下管线的沟槽回填质量目前还未引起足够的重视,地下管线包括供水、供电、供气、邮电、路灯、排水、排污……等,种类繁多,不同管线由不同的设计单位设计,不同的专业施工队完成,不同的甲方验收,有的地下管线有监理单位作全过程的监理,有的则没有。多数专业队伍往往把回填工序作为收尾工程而对其施工质量往往忽视,至使回填土质量差,及至路面施工时,因管沟回填已在前期完成,只能在此基础上进行路面施工而留有隐患,今后应采取措施加以改正。

  5)、地下管线对城市建设的重要意义已日益显现,但地下管线因埋在地下而不易察觉其是否损坏,往往要引起事故后才去补救(如给水管的爆管),但有些管线事后补救,后果难以想像(如煤气管泄漏而引起爆炸),又如排向污水处理厂的排污管道如发生裂漏,不仅会导致地下水的污染,还会使污水处理的费用增加,这种长期的费用增加,会比基建时的费用大许多倍。

  6)、设计质量和施工质量是关系到工程的百年大计,应慎之又慎,在科学技术高速发展的今天,对各个领域都提出了高质量的要求,由于各种原因而降低质量标准都会给工程带来隐患,轻则缩短工程寿命,造成投资浪费,重则发生安全事故,给社会安定带来影响。
     
 
 
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