摘要:混凝土是粗集料、细集料、水泥石、水和气体所组成的非均质堆聚结构。混凝土混合料在不同温湿度条件下凝结硬化,并同时产生体积变形。
关键词:混凝土 施工 裂缝 探讨
0 引言
混凝土混合料在不同温湿度条件下凝结硬化,并同时产生体积变形。水泥石的干燥和冷却收缩大,集料的干燥和冷却收缩小,同时水泥石和集料之间相互粘结而约束,由于变形产生微裂缝。
1 温度裂缝产生的原因和特征
水泥水化过程中产生大量的热量,每克水泥放出502J的热量,如果以水泥用量350～550kg/m3来计算,每m3混凝土将放出17500～27500KJ的热量,从而使混凝土内部温度升高,在浇筑温度的基础上,通常升高35℃左右。如果按着我国施工验收规范规定浇筑温度为28℃则可使混凝土内部温度达到65℃左右。但是,如果没有降温措施或浇筑温度过高,混凝土内部温度高达80～90℃的情况也时有发生,例如在浇筑筏板反梁基础的大体积混凝土的内部温度,经实际测定高达95℃。水泥水化热在1～3天可放出热量的50%,由于热量的传递、积存,混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的3～5天,因为混凝土内部和表面的散热条件不同,所以混凝土中心温度低,形成温度梯度,造成温度变形和温度应力。温度应力和温差成正比,温度越大,温度应力也越大。
防治措施:混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚,水泥用量越大,水化热越高的水泥,其内部温度越高,形成温度应力越大,产生裂缝的可能性越大。对于大体积混凝土,其形成的温度应力与其结构尺寸相关,在一定尺寸范围内,混凝土结构尺寸越大,温度应力也越大,因而引起裂缝的危险性也越大,这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。
2 沉陷(塑性)收缩裂缝产生的原因和特征
在泵送混凝土现浇的各种钢筋混凝土结构中,特别是板、墙等表面系数大的结构之中,经常出现一种早期裂缝。这种裂缝为断续的水平裂缝,裂缝中部较宽、两端较窄、呈梭状。裂缝经常发生在板结构的钢筋部位、板肋交接处、梁板交接处、梁柱交接处、结构变截面的地方。这种裂缝产生的原因主要是混动性过大和流动性不足以及不均匀,在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够,当混凝土沉陷时受到钢筋、模板抑制以及模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇筑后1～3小时出现,裂缝的深度通常达到钢筋上表面。
防治措施:①要严格控制混凝土单位用水量在170kg/m3以下,水灰比在0.6以下,在满足泵送和浇筑要求时,宜尽可能减少坍落度;②掺加适量、质量良好的泵送剂和掺合料,可改善工作性和减少沉陷;③混凝土搅拌时间要适当,时间过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷;④混凝土浇筑时,下料不宜太快,防止堆积或振捣不充分;⑤混凝土应振捣密实,时间以10～15秒/次为宜,在柱、梁、墙和板的变截面处宜分层浇筑、振捣。在混凝土浇筑1～1.5小时后,混凝土尚未凝结之前,对混凝土进行两次振捣,表面要压实抹光;⑥在炎热的夏季和大风天气,为防止水分激烈蒸发,形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝,应采取措施缓凝和覆盖。
3 干缩裂缝产生的原因和特征
干燥收缩的主要原因是水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。混凝土的干燥收缩由于集料的干燥收缩很小,因此主要是由于水泥石干燥收缩造成的。水泥石干燥收缩理论有毛细管张力学说、表面吸附学说和夹层水学说等,不论哪种学说,都是水分蒸发引起的。混凝土的水分蒸发、干燥过程是由外向内、由表及里,逐渐发展的。
3.1 水泥品种一般来说,水泥的需水量越大,混凝土的干燥收缩越大,不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为:矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。所以,从减少收缩的角度出发,宜采用中低热水泥和粉煤灰水泥。
3.2 水泥用量:混凝土干燥收缩随着水泥用量的增加而增大,但是增加量不显著。在有可能减少水泥用量时,还是尽可能降低水泥用量,因为泵送混凝土的水泥用量偏高,C20～C60混凝土的水泥用量一般约为350～600kg/m3。
3.3 用水量:混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大,在同一水泥用量条件下,混凝土的干燥收缩和用水量成正比、为直线关系;当水泥用量较高的条件下,混凝土的干燥收缩随着用水量的增加而急剧增大。综合水泥用量和用水量来说,水灰比越大,干燥收缩越大。
3.4 砂率:混凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大,但增加的数值不大。泵送混凝土宜加大砂率,但不是笼统的和无限的,也应在最佳砂率范围内,可以通过理论计算和工程实践确定。
3.5 掺合料:矿渣、硅藻土、煤矸石、火山灰、赤页岩等粉状掺合料,掺加到混凝土中,一般都会增大混凝土的干燥收缩值。但是质量良好、含有大量球形颗粒的一级粉煤灰,由于内比表面积小、需水量少,故能降低混凝土干燥收缩值。
3.6 化学外加剂:掺加减水剂、泵送剂,特别是同时掺加粉煤灰的双掺技术不会增大干燥收缩,但是对于某些减水剂、泵送剂,尤其是具有引气作用时,有增大混凝土干燥收缩的趋势。因此在选用外加剂时,必须选用干燥收缩小的减水剂或泵送剂。
3.7 膨胀剂。在地下室和防水工程中,混凝土中掺加膨胀剂,掺加适量的膨胀剂可以起到收缩补偿作用,有利于防止裂缝。但是使用混凝土膨胀剂,一定要严格控制掺量和保证混凝土有足够强度,否则会使混凝土肿胀和开裂。
3.8 养护时间和方法。混凝土浇筑面受到风吹日晒,表面干燥过快,产生较大的收缩,受到内部混凝土的约束,在表面产生拉应力而开裂。如果混凝土终凝之前进行早期保温、保温养护,对减少干燥收缩有一定作用。
综上所述,泵送混凝土,特别是在高强度、大流动性条件下,由于水泥用量多,单位用水量大,砂率高和掺化学外加剂,使混凝土干燥收缩,产生裂缝的潜在危险大,对此必须引起足够重视。