裝配式施工知識分享：防止大體積砼溫度裂縫的施工技術探討

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1 大體積砼溫度裂縫的產(chǎn)生機理

大體積砼是指結構斷面最小尺寸在80厘米以上，同時水化熱引起的混凝土內(nèi)最高溫度與外界氣溫之差預計超過25℃的混凝土。大體積砼結構在施工中容易產(chǎn)生裂縫，長期的工程實踐表明，造成大體積鹼出現(xiàn)裂縫的因素極其復雜而且是多方面的。其中有:①鹼配合比設計上的問題:水泥用量大，水泥發(fā)熱量大，造成鹼水化熱溫升過高，溫度變化急烈;水灰比大，灰漿量大，造成硅收縮量過大;原材料性能不良，造成鹼本身抗裂能力低。②鹼施工質量上的問題:下料不均勻，振搗不密實;澆筑安排不善，硅內(nèi)部形成冷縫。③硅養(yǎng)護上的問題:硅表面裸露干燥，風吹日曬，同部與表面溫差過大;外界氣溫驟降時鹼表面無保溫措施。④結構型式及構造上的問題:幾何尺寸大，超長超厚;形狀突變處未妥善處理;配筋不合理。⑤地基問題:基礎約束面受強約束，沉降不均勻等等。在上述眾多因素當中。比較突出的問題之一是硅內(nèi)部由于水泥水化熱釋放引起硅內(nèi)部劇烈的溫度變化，這也是導致硅開裂的主要原因。由于水泥的水化熱釋放主要集中在早期，使混凝土在澆筑后短短幾天其內(nèi)部溫升就很快上升到最高峰，隨后開始降溫?；炷翜囟鹊倪@種變化可能造成兩種后果:首先，在混凝土升溫期，砼表面散熱條件好，熱量向大氣散發(fā)，溫度上升較少，而內(nèi)部則散熱少，溫度持續(xù)上升，這樣形成的內(nèi)表溫差會在砼表層產(chǎn)生較大的拉應力。當該拉應力超過砼的抗拉強度時，砼表面將產(chǎn)生裂縫。其次，在砼后期降溫過程，由于溫度下降引起砼體積收縮變形，這種變形受到地基及結構邊界約束時也會產(chǎn)生大的拉應力。當該拉應力超出砼的抗拉強度時，砼將在約束面開裂，嚴重時形成貫穿裂縫。大體積砼由于溫度變化而產(chǎn)生的裂縫稱為溫度裂縫。因此，應當針對大體積砼自身的特點，對其溫度及溫度應力的變化規(guī)律、溫度裂縫的控制技術等方面開展一系列的研究。

近年來國內(nèi)外工程界在大體積鹼結構裂縫控制方面，進行了深入的研究，特別是日本在檢測設備的開發(fā)和使用方面取得了顯著的成績，在大體積水化熱產(chǎn)生的溫度及溫度應力的定性定量分析方面均有明顯成果。就我國現(xiàn)狀而言，大部分大體積硅工程還采用較為落后的設備，如用玻璃管溫度計插入預留孔洞直接測量或用熱電偶配合電位差計手動測量等，監(jiān)測的效率和準確度都較低，無法實現(xiàn)信息化施工的目的。而日本的數(shù)據(jù)采集設備十分昂貴，無法在工程上推廣使用。另外在水化熱溫度及應力的計算分析方面，尚未見到國外的計算軟件，而我國也還未開發(fā)出一套完整可靠、經(jīng)過工程實際檢驗的分析計算軟件，因此在實際工程中，溫控方案的制定還僅僅依靠施工技術人員的經(jīng)驗，面對情況特殊的工程，則常常因經(jīng)驗不足造成工程產(chǎn)生裂縫。因此開展大體積硅結構溫度裂縫的預測、控制和監(jiān)測技術和產(chǎn)品的研究是我國目前急需的。

2 防止大體積砼溫度裂縫的施工技術

2.1 合理選擇原材料 合理選擇原材料，有利于大體積砼裂縫的控制，首先，選擇水泥。內(nèi)部混凝土主要考慮抗裂性能好、兼顧低熱和高強兩方面的要求，一般采用低熱礦渣水泥，中熱砼酸鹽水泥摻入一定量的粉煤灰。外部混凝土，除抗裂性能外，還要求抗凍融性、耐磨性、抗蝕性、強度較高及干縮較小，因此一般采用較高標號的中熱砼酸鹽水泥。當環(huán)境水具有硫酸鹽侵蝕時，應采用抗硫酸鹽水泥。其次，摻用混合材料。適當摻用混合材可降低混凝土的絕熱溫升、提高混凝土抗裂能力，目前主要是粉煤灰摻得較多。第三，摻加緩凝劑，在砼中摻加適量的緩凝劑，能夠在一定程度上延緩水泥的水化作用，減緩水化熱的釋放速率。它的作用是推遲熱峰出現(xiàn)的時間，同時也降低了溫度峰值。一般地，砼澆筑后，水泥水化熱釋放與砼內(nèi)部熱量向外散發(fā)是同時進行的。在初期幾天，水化熱釋放速率很快，而散熱速率小，因此砼的溫度很快上升;接著，水化熱釋放速率逐漸變緩，而散熱速率則持續(xù)增大，導致砼溫度逐漸下降。通過延緩水化熱釋放速率，可以讓更多的熱量通過界面散失出去，用來升溫的部分則大為減少，從而使砼的溫度峰值得到削減，出現(xiàn)時間也相應延遲。

2.2 提高大體積砼施工質量

①控制出機溫度。對混凝土出機溫度最大的是石子及水的溫度。為了降低出機溫度，其最有效的辦法是降低石子的溫度。在溫度較高的季節(jié)施工時，為了防止太陽直接照射，可在砂石堆場上搭設遮陽料篷，必要時也可在使用前沖洗骨料。②控制澆灌溫度。為了降低混凝土從攪拌機出料到卸料，泵送和澆灌振搗后的溫度，減少結構的內(nèi)外溫差，一般按季節(jié)采取措施，如夏季施工時，則應以減少冷量損失，在澆灌混凝土時，采用一個坡度、薄層澆灌、循序推進、一次到頂?shù)却胧﹣砜s小混凝土暴露面積以及加快澆灌速度，縮短澆灌時間。在冬季施工時，一般可利用混凝土本身散發(fā)的水化熱養(yǎng)護自己，并要求在混凝土沒有達到允許臨界強度以前防止凍害。③澆筑砼前應將基槽內(nèi)的雜物清理干凈，砼的澆筑應連續(xù)進行，間歇時間不得超過砼的初凝時間;澆筑時必須嚴格控制砼的入模溫度，砼最高澆筑溫度不得超過28℃;在澆筑砼時可投入適量毛石，以吸收熱量并節(jié)約砼;澆筑時若外界氣溫過高，可采用在輸送管上加蓋草袋并噴冷水的方法。④改進攪拌工藝:即在攪拌的混凝土時，改變以往的投料程序，采取先把水、水泥和砂拌和后，再投放石子進行攪拌的新方法。這種攪拌工藝的主要優(yōu)點是無泌水現(xiàn)象，混凝土上下層強度差減少，可有效地防止水分向石子與水泥砂漿面的集中，從而使硬化后的界面過渡層的結構致密、粘結加強。

2.3 加強混凝土的溫度監(jiān)測工作 溫度控制是大體積混凝土施工中的一個重要環(huán)節(jié)，也是防止溫度裂縫的關鍵。而在引起裂縫產(chǎn)生的諸多因素中，混凝土水化熱和外界氣溫造成的構件內(nèi)部溫度應力是一個很主要的因素，為了控制裂縫的產(chǎn)生，這不僅要在混凝土成型之后，對混凝土的內(nèi)部溫度進行監(jiān)測，而且應在一開始，就對原材料、混凝土拌和，入模和澆筑溫度進行系統(tǒng)的實測。在平面上，測溫點沿底板縱橫方向間距約10m左右布置一點。在垂直方向上，每個測溫點沿垂直高度在其表面、中部和板底分別埋沒設測溫管，垂直高度依次為板頂，-100mm、板中部、板底十100mm。每個測混點測溫管間距100mm。測溫管安裝位置要準確，固定牢固。在混凝土溫度上升階段，每2小時測溫一次，混凝土溫度下降階段每6小時測溫一次。在測混進程中，當發(fā)現(xiàn)砼內(nèi)部溫度差超過25℃時，測溫人員要及時報告工地項目總工，由有關人員根據(jù)實際情況及時采取措施加強保溫或延緩撤除保溫材料時間等來控制溫差。測溫的辦法可以采用先進的側溫方法，如有經(jīng)驗也可采用簡易測溫方法。給施工組織者及時提供信息反映大體積混凝土澆筑塊體內(nèi)溫度變化的實際情況及所采取的施工技術措施效果。

2.4 加強大體積砼的養(yǎng)護措施 養(yǎng)護是大體積砼施工中一項十分關鍵的工作，對澆筑后的砼加強養(yǎng)護，使之處于適宜的溫濕環(huán)境，讓水泥顆粒得到充分水化，從而提高砼的強度，提高它的抗裂性。澆筑后2h采用塑料膜對表面覆蓋，可有效增加砼的表面溫度，減小總溫差。若在冬季施工，需在塑料膜上加草墊保溫。有關研究表明，水泥的水化作用只有在充水的毛細管中才能進行，所以必須防止因蒸發(fā)而使毛細管失水。加強養(yǎng)護就是要不斷地補充足夠的水份，防止砼表面干燥。潮濕養(yǎng)護應當從砼凝結后即開始，一般應持續(xù)7-15天為宜。潮濕養(yǎng)護還能有效地減小砼的早期干縮，防止干縮裂縫的產(chǎn)生。養(yǎng)護時要保持適宜的溫度和濕度，以便控制砼內(nèi)表溫差，促進砼強度的正常發(fā)展及防止砼溫度裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。大體積砼的養(yǎng)護，不僅要滿足強度增長的需要，還應通過人工的溫度控制，防止因溫度梯度引起砼開裂。

2.5 對大體積砼裂縫進行修補 大體積砼裂縫不但會影響結構的整體性，還會引起鋼筋的銹蝕，加速砼的碳化，降低砼的耐久性和抗疲勞、抗?jié)B能力。因此要積極進行修補。方法主要有：①表面修補：即在裂縫表面涂抹水泥漿、環(huán)氧樹酯膠泥或在砼表面涂刷油漆、瀝青、防水劑等材料，為了防止繼續(xù)開裂，通?？梢圆扇≡诹芽p的表面粘貼玻璃纖維布等措施。②嵌縫法：這是裂縫封堵中最常用的一種方法。具體流程為，沿裂縫鑿V形槽，在槽中嵌填塑性或剛性防水材料，以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等：常用的剛性防水材料為聚合物水泥砂漿等。③結構加固法，這種方法的適用范圍為：裂縫影響到砼結構的性能，加大砼結構的截面面積、在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射砼補強加固等辦法。

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