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浅谈高层建筑大体积混凝土裂缝的防治

2012-11-8

来源:建筑招聘网

  在软土地基上建造的高层建筑,往往设计有厚实的基础底板,施工中如果开裂将影响结构的整体性并造成地下水渗漏,给整个工程带来严重的危害。因此,研究防止此类大体积混凝土裂缝的控制技术是非常重要而迫切的。以下结合笔者高层建筑的施工管理的实践,具体就大体积混凝土裂缝的预防与各位同行进行交流探讨。

  一、高层建筑大体积混凝土常见裂缝及控制原理

  高层建筑由于基础混凝土体积大,混凝土收缩受到限制便有可能产生影响使用与耐久性的有害裂缝,即贯穿性裂缝(外约束裂缝)或可能发展的表面裂缝(内约束裂缝)。

  (一)贯穿性裂缝

  这种裂缝特征是由交界面向上延伸,靠近基底最大而在上部较小,严重的会破坏结构的整体性、耐久性、防水性和稳定性等,影响正常使用,危害严重。其产生的原因是温度应力作用的结果。在混凝土降温阶段,热量逐渐散发,因温度逐渐下降使混凝土体积产生收缩,同时,在硬化过程中因多余水份蒸发及碳化等原因混凝土产生收缩变形,受到地基和结构边界条件的约束(外约束),不能自由变形,从而产生温度应力(拉应力),当两种应力叠加超过混凝土的抗拉极限强度时,则在混凝土的底面交界处附近以至混凝土中产生收缩裂缝。

  (二)表面裂缝

  这种裂缝的产生与混凝土的内外温差有密切的关系。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。如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度,就会引起较大的表面拉应力,此时混凝土的龄期很短,抗拉强度很低,如果温差产生的表面拉应力,超过此时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土表面产生表面裂缝。这种裂缝一般产生很早,多呈不规则状态,深度较浅,属表面性质。表面裂缝易产生应力集中,能促使裂缝进一步开展。

  由上述分析可见,高层建筑大体积混凝土的裂缝控制,不仅要杜绝有害的贯穿性裂缝,同时也要减少或避免不影响使用的混凝土表面裂缝。

  而根据裂缝产生的原因,大家可采取温差与温度应力双控制方法,避免结构物出现温度裂缝的同时,调整混凝土表面湿度,以防止表面干缩裂缝。

  二、主要温控技术措施

  大体积混凝土裂缝控制的根本原则是同龄期的温度应力(包括相应龄期混凝土收缩当量温差产生的应力)应小于同龄期的混凝土抗拉强度,即要求进行温度应力控制。综合种种因素,笔者认为,预防记层建筑大体积混凝土裂缝应采取以下几种措施:

  (一)降低混凝土发热量

  1.选用水化热低、凝结时间长的水泥,以降低混凝土温度。选择大体积混凝土用的水泥,应当把混凝土的绝热温升和抗拉强度结合起来考虑,因为水化热小的水泥强度发展缓慢,于防止混凝土开裂不利。

  2.掺加粉煤灰取代一部分水泥以削减水化热产生的高温峰值,同时可改善混凝土的和易性,增加混凝土的粘性减少离析和泌水,且混凝土易于振捣密实易于终饰抹面,延长凝结时间。粉煤灰最大掺量因水泥品种不同而不同,一般可取代10%~30%的水泥,但水泥用量应不少于300kg/m3.

  3.掺加缓凝减水剂或高效减水剂,以提高强度减少用水量和减少水泥用量,延长混凝土达到最高温度的时间,同时可减少干缩。一般来说,掺减水剂的混凝土早期温度较低。

  4.尽可能选用最大粒径较大、颗粒形状好且级配良好的粗集料,避免用砂量过多,以减少水泥用量和用水量。

  5.用低流动性混凝土,即在施工技术允许的情况下尽可能用低坍落度混凝土(泵送混凝土坍落度一般选择8~18cm),同时,严格控制水灰比,尽量减少单位体积混凝土的用水量。

  6.当设计有要求时,可在混凝土中填放符合要求的片石,以减少混凝土数量,降低混凝土温度。片石大面要向下,间距不小于10cm。

  (二)降低混凝土浇筑温度

  外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也愈高,混凝土温度高将加速水泥的水化反应,混凝土达到最高温度的时间缩短,因而减少了可利用的散热时间,不利于降低混凝土的最高温度和减小温差。同时,混凝土浇筑温度增高会降低其和易性,为达到同样的和易性就要增加用水量,这样就会降低混凝土质量。一般情况下,混凝土的浇筑温度不宜大于280C.降低混凝土浇筑温度的方法如下:

  1.在低温季节或环境气温较低的晚上、早晨浇筑混凝土。

  2.降低材料温度。材料堆放在凉棚内,避免阳光直射,或喷水冷却集料,水泥储罐应油漆成白色或喷水冷却。

  3.加冰拌和。采用冷却水或加冰拌和混凝土能有效降低混凝土入模温度。用冰片代替部分水是一种常用方法(最大用量可达用水量的60%),但要注意在拌和终了前所使用的冰必须全部融化。

  4.避免吸取外部环境热量。运输工具、泵送管路、搅拌机等应尽量遮荫、包覆、淋水降温,不但能防止混凝土升温,还能减少混凝土坍落度损失。

  (三)分块分层浇筑

  混凝土结构平面尺寸愈大约束也愈大,将大体积混凝土结构划分为若干块浇筑,可降低约束,但要注意避免断面的突然变化。采用分层浇筑可利用层面的散热来降低混凝土温度。分块长度和分层厚度视结构尺寸大小、现场条件、浇筑能力、工期等因素确定。分块分层浇筑有利于降低混凝土最高温度和内外温度差,同时减少约束,但浇筑过程较长,不利于工期控制。

  另外,根据混凝土整体连续浇筑的要求,当结构厚度不超过3m时,一般采用相对意义上的分层浇筑方案,即在整个平面或宽度上连续浇筑厚度相当的许多层混凝土,在第1层混凝土浇筑完毕还未初凝前浇筑第2层混凝土,在振动棒的振捣作用下(插入下层5~10cm)使上下层混凝土结合成整体,如此逐层进行,直至浇筑完成。分层浇筑可分为全面分层、分段分层(又称为台阶法),斜面分层3种方案,尽量做到在整个浇筑过程中使混凝土总的暴露面最小,以避免出现施工冷缝。

  (四)埋设冷却水管

  在混凝土中预埋网状水管,利用管中循环冷水的流动来降低混凝土内部的温度。冷却水可利用地下水、江水、河水、自来水等各种水源,冷却时间一般为浇筑开始初期的5~10d,水管一般采用Ф25mm的薄钢管,管距1~1.5m.

  决定冷却效率的主要因素是管距、水温和通水时间。在水管覆盖1层混凝土后开始通水,在混凝土达到最高温度并开始下降后停止通水。通水持续时间应足以保证混凝土第2次温升小于最高温度和避免出现大的温度梯度。水管系统要经过试压不漏水检测,确保模板安拆时不致中断水管冷却活动。在降温过程中要经常测定混凝土内外温度和水温,观察温度变化情况,作好记录。通水散热结束后,水管内用微膨胀水泥灌筑。

  (五)表面保温与保湿

  防止混凝土开裂的一个重要原则是尽可能使新浇筑混凝土少失水分以及内外温差控制在允许范围内(不大于250C)。混凝土表面干燥或水分蒸发过快和温度下降幅度较大时,都足以引起表面混凝土开裂且裂缝会向内伸展。因此,要尽量长时间地保温和保持混凝土表面湿润,让其表面慢慢冷却、干燥,使混凝土能够增长强度以抵抗开裂拉应力。主要有蓄水养护和覆盖洒水养护2种方式,养护时间一般不少于14d.

  笔者主持施工的广州某职工住宅楼,设计地面以下2层,地面以上33层,采用钢筋混凝土筏板基础,基础设置在中、微风化岩层上。筏板基础长77.4m,宽8~33.5m,板厚2m,中筒部位厚2.5m,集水井部位厚3~3.3mm,面积2130㎡,混凝土量为4500m3.该楼混凝土浇筑就采取了以上几点措施,进行了严格控制和管理,自浇筑至工程竣工,未发现底板出现裂缝和渗水,温控效果良好。

  实践表明,高层建筑大体积混凝土裂缝只要采取适当温控措施是可以有效进行预防的,但有一点值得注意的是,在混凝土浇筑前应考察混凝土输送泵的实际泵送能力,选用较好的泵机,并了解天气变化情况,尽量避开雨天和高温时间施工。在混凝土浇筑后用扫把将混凝土扫成毛面(初凝之前),对防止混凝土表面开裂也是有利的。

 
 
 
 
 
 

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