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[淺析大體積混凝土裂縫材料控制措施]大體積混凝土測(cè)溫記錄

發(fā)布時(shí)間:2020-02-15 來(lái)源: 感悟愛(ài)情 點(diǎn)擊:

  大體積混凝土的裂縫控制問(wèn)題一直以來(lái)是一項(xiàng)頗受關(guān)注的難題,得到了廣大技術(shù)人員和學(xué)者的研究,各方面的理論知識(shí)和實(shí)踐技術(shù)都在不斷成熟和發(fā)展,但仍不能全面的解決現(xiàn)實(shí)實(shí)踐中的相關(guān)文章,文章基于材料控制的視角,對(duì)大體積混凝土裂縫的控制進(jìn)行深入剖析。
  
  實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,現(xiàn)有大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫,絕大多數(shù)是由溫度裂縫原因而產(chǎn)生的。防止產(chǎn)生溫度裂縫是大體積混凝土研究的重要課題,我國(guó)自20世紀(jì)60年代開(kāi)始進(jìn)行研究,目前已積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)。工程上常用的防止混凝土裂縫的措施主要有:①采用中、低熱的水泥品種;②對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的分縫分塊;③在滿足強(qiáng)度和其它性能要求的前提下,盡量降低水泥用量;④摻加適宜的外加劑;⑤控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度;⑥選擇適宜的集料;⑦預(yù)埋水管、通水冷卻、降低混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度;⑧采用表面保護(hù)、保溫隔熱措施,降低內(nèi)外溫差;⑨采取防止大體積混凝土裂縫的結(jié)構(gòu)措施。
  在大體積混凝土裂縫實(shí)際控制工程中,常常綜合的使用以上方法,各種方法發(fā)展至今已經(jīng)不走向成熟,并擁有各自的特點(diǎn),文章則著重對(duì)大體積混凝土裂縫材料控制措施進(jìn)行分析。
  選擇混凝土原材料、優(yōu)化混凝土配合比的目的是使混凝土具有較小的抗裂能力,具體說(shuō)來(lái),就是要求混凝土的絕熱溫升較小、抗拉強(qiáng)度較大、極限拉伸變形能力較大、熱強(qiáng)比較小、線脹系數(shù)較小,自生體積變形最好是微膨脹,至少是低收縮。落實(shí)到具體,筆者主要從以下方面進(jìn)行分析。
  1.水泥和水的選擇
  1.1降低水化熱
  水泥在水化過(guò)程中所放出的熱量,稱為水化熱。水化熱在大體積混凝土工程中是不利的,積聚在混凝土內(nèi)部的水化熱不易散出來(lái),常使內(nèi)部溫度高達(dá)50℃~60℃,由此造成的溫度應(yīng)力將使混凝土產(chǎn)生裂縫。水泥礦物的放熱量和放熱速度具有以下順序,見(jiàn)表1及表2。
   由表2可以看出,四種主要礦物在熟料中的相對(duì)含量變化時(shí),水泥性能隨之改變。大體積混凝土若要使用水化熱較低的水泥時(shí),則應(yīng)當(dāng)適量提高硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣的含量,并限制鋁酸三鈣和硅酸二鈣的含量。
  水化熱是大體積混凝土結(jié)構(gòu)在選用水泥品種時(shí),應(yīng)考慮的主要因素之一,除此以外還應(yīng)綜合考慮強(qiáng)度、坍落度等因素,以確定合適的水泥品種。某些水泥的水化熱雖然低,但強(qiáng)度也低,在配制混凝土?xí)r,為達(dá)到要求的強(qiáng)度,必將需用較多的水泥,結(jié)果混凝土的發(fā)熱量可能比采用水化熱較大、強(qiáng)度較高的水泥時(shí)還要大。目前在大體積混凝土中應(yīng)用最多的是礦渣硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。
  1.2減少水泥用量
  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,水化熱與水泥用量成正比,每立方米的混凝土中水泥用量每增減10kg,水泥水化熱使混凝土的溫度相應(yīng)升降1℃。因此,可通過(guò)采取適當(dāng)?shù)拇胧p少水泥用量來(lái)控制混凝土的溫升,降低溫度應(yīng)力,減少混凝土開(kāi)裂的可能性。通?梢酝ㄟ^(guò)以下兩種途徑:
  其一,合理選擇外加劑,可間接減少水泥用量。如在混凝土中摻入高效減水劑可減小混凝土的單位用水量,提高混凝土的和易性及早期和后期強(qiáng)度,在保證同基準(zhǔn)混凝土有相同工作性強(qiáng)度,滿足施工需要的前提下,能較高幅度地降低水泥用量,進(jìn)而降低水化熱和減小混凝土的收縮。
  其二,摻加優(yōu)質(zhì)摻合料以替換一部分水泥,減少水泥用量。優(yōu)質(zhì)摻合料能改善混凝土的和易性,增加膠凝物質(zhì),降低混凝土的水灰比,使早期水化熱明顯降低。實(shí)驗(yàn)證明,摻入水泥用量15%的粉煤灰可降低水化熱15%左右。水泥水化熱隨粉煤灰摻量的增加而降低,但要注意摻量過(guò)多會(huì)降低混凝土的早期強(qiáng)度,增加混凝土的收縮,所以應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最佳摻量。
  1.3減少用水量
  混凝土的單位用水量越多,干縮率越大,一般用水量每增加1%,干縮率可增大2%~3%。在便于施工操作并保證振搗密實(shí)的前提下,混凝土應(yīng)盡可能取較小的坍落度,減少用水量,并把離析、泌水現(xiàn)象降到最低程度。
  2.集料的選擇
  大體積混凝土所需的強(qiáng)度并不是很高的,所以組成混凝土的砂石料比高強(qiáng)混凝土要高,約占混凝土總質(zhì)量的85%左右,正確選用砂石料對(duì)保證混凝土質(zhì)量、節(jié)約水泥用量、降低水化熱量、降低工程成本是非常重要的。集料的選用應(yīng)根據(jù)就地取材的原則,首先考慮成本較低、質(zhì)量?jī)?yōu)良、滿足要求的天然砂石料。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明采用人工集料也可以做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
  2.1粗集料的選擇
  大體積混凝土,宜優(yōu)先選擇以自然連續(xù)級(jí)配的粗料配制,這種連續(xù)級(jí)粗集料配制的混凝土,具有較好的和易性、較少的用水量、節(jié)約水泥量、較高的抗壓強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。在選擇粗集料粒徑時(shí),可根據(jù)施工條件,盡量選用粒徑較大、級(jí)配良好的石子。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果證明,采用5~40mm石又比采用5~20石子,每m3混凝土可減少用水量15kg左右,在相同水灰比的情況下,水泥用量可節(jié)約20kg左右,混凝土溫升可降低2℃。
  選用較大集料粒徑,確實(shí)有很大優(yōu)越性。但是,集料粒徑增大后,容易引起混凝土的離析,影響混凝土的質(zhì)量。為了達(dá)到預(yù)定的要求,同時(shí)又要發(fā)揮水泥最有效的作用,粗集料有一個(gè)最佳的最大粒徑。對(duì)于大體積混凝土,粗集料的最大粒徑不僅與施工條件和工藝有關(guān),而且與結(jié)構(gòu)物的配筋間距、模板形狀等有關(guān)。因此,進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),不要盲目選用大粒徑粗集料,必須進(jìn)行優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì),施工時(shí)要加強(qiáng)攪拌,細(xì)心澆筑和認(rèn)真振搗。
  2.2細(xì)集料的選擇
  大體積混凝土的細(xì)集料,以采用優(yōu)質(zhì)的中、粗砂為宜,細(xì)度模數(shù)宜在2.6~2.9范圍內(nèi)。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)資料證明,當(dāng)采用細(xì)度模數(shù)為2.79、平均粒徑為0.38mm的中粗砂時(shí),比采用細(xì)度模數(shù)為2.12、平均粒徑為0.336mm的細(xì)砂,每立方米混凝土可減少水泥用量28~35kg,減少用水量20~25kg。這樣就降低了混凝土的溫升和減少了混凝土的收縮。
  泵送混凝土的輸送管道形式很多,既有直管又有錐形管、彎管和軟管。當(dāng)通過(guò)錐形管和彎管時(shí),混凝土顆粒間的相對(duì)位置應(yīng)會(huì)發(fā)生變化。此時(shí),如果混凝土中的砂漿量不足,很容易發(fā)生堵管現(xiàn)象。所以,在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),可適當(dāng)提高砂率。但若砂率過(guò)大,將對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。因此,在滿足混凝土可泵性的前提下,盡可能選用較小的砂率。
  2.3集料的質(zhì)量要求
  集料是混凝土的骨架,集料的質(zhì)量如何,直接關(guān)系到混凝土的質(zhì)量。所以,集料的質(zhì)量技術(shù)要求,應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定;炷猎囼(yàn)表明,集料中的含泥量多少是影響混凝土質(zhì)量的最主要因素。若集料中含泥量過(guò)大,則對(duì)混凝土的強(qiáng)度、干縮、徐變、抗?jié)B、抗凍融、抗磨損及和易性等性能產(chǎn)生不利的影響。尤其會(huì)增加混凝土的收縮,引起混凝土抗拉強(qiáng)度的降低,對(duì)混凝土的抗裂更是十分不利。因此,在大體積混凝土施工中,石子的含泥量不得大于1%,砂的含泥量不得大于2%。
  3.礦物摻和料
  礦物摻和料包括粉煤灰、礦渣、硅灰、沸石粉等,適當(dāng)摻用礦物摻和料可降低混凝土的絕熱溫升、提高混凝土抗裂能力。礦物摻和料的種類(lèi)、數(shù)量及摻加方式的不同,水化熱差別很大。
  國(guó)內(nèi)當(dāng)前用的摻合料主要是粉煤灰。粉煤灰是從燒煤灰的鍋爐煙氣中收集的粉狀粒,國(guó)外把它叫做“飛灰”或者“磨細(xì)燃料灰”。把粉煤灰摻入混凝土中,就制成粉灰混凝土。因?yàn)檫@種混凝土能夠節(jié)約礦物資源和能源,減少環(huán)境污染,改善混凝土性因此它是一種經(jīng)濟(jì)的改性混凝土,開(kāi)發(fā)利用粉煤灰混凝土技術(shù)已引起國(guó)內(nèi)外工程界人的高度重視。
  粉煤灰的礦物組成相當(dāng)復(fù)雜。目前在混凝土中應(yīng)用較多的低鈣粉煤灰主要有六種物組分,即玻璃微珠、海綿狀玻璃體、石英、氧化鐵、碳粒,硫酸鹽等。這六種礦物含量較多,對(duì)粉煤灰的影響也較大。
  由于混凝土中摻入一定數(shù)量?jī)?yōu)質(zhì)的粉煤灰后,不但能代替部分水泥,而且由于粉灰顆粒呈球狀具有滾珠效應(yīng),起到潤(rùn)滑作用,可改善混凝土拌合物的流動(dòng)性,粘聚性保水性,并且能夠補(bǔ)充泵送混凝土中顆粒在0.315mm以下的細(xì)集料達(dá)到占15%的要求從而改善了可泵性。同時(shí)依照大體積混凝土所具有的強(qiáng)度特點(diǎn),初期處于較高溫度條下,強(qiáng)度增長(zhǎng)較快、較高,但是后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。摻加粉煤灰后、其中的活性Al2SiO2與水泥水化析出的CaO作用,形成新的水化產(chǎn)物填充孔隙增加密實(shí)度,從面改善混凝土的后期強(qiáng)度。但是值得注意是,摻加粉煤灰混凝土的早期抗拉強(qiáng)度和極限變形有降低。因此,對(duì)早期抗裂要求較高的混凝土,粉煤灰摻量不宜太多。宜在10~15%以大體積混凝土摻加粉煤灰分為“等量取代法”和“超量取代法”兩種。前者是用體積的粉煤灰取代水泥的方法,取代量應(yīng)非常慎重。前者是一部分粉煤灰取代等體積泥,超量部分粉煤灰則取代等體積砂子,它不僅可獲得強(qiáng)度增加效應(yīng),而且可以補(bǔ)償煤灰取代水泥所降低的早期強(qiáng)度,從而保持粉煤灰摻入前后的混凝土強(qiáng)度等效。
  4.外加劑
  外加劑有減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑等多種類(lèi)型。減水劑是最常用、最重要的外加劑,它具有減水和增塑作用,在保持混凝土坍落度及強(qiáng)度不變的條件下,可減少用水量,節(jié)約水泥、降低絕熱溫升;引氣劑的作用是在混凝土中產(chǎn)生大量微小氣泡以提高混凝土的抗凍融耐久性;緩凝劑可對(duì)水泥的初期水化產(chǎn)生抑制作用,使新拌混凝土在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持其塑性,以利于澆灌成型,提高施工質(zhì)量,并能降低水化熱。在大體積混凝土施工中對(duì)延緩混凝土的凝結(jié),延長(zhǎng)混凝土的可搗實(shí)時(shí)間,推遲水泥水化放熱過(guò)程,減小溫度應(yīng)力所引起的裂縫等方面起著重要的作用;膨脹劑的摻入可置換相同重量的水泥,同時(shí)吸收部分水化熱后發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在水泥水化和硬化過(guò)程中產(chǎn)生體積膨脹,這種膨脹在內(nèi)外約束條件下產(chǎn)生一定的內(nèi)壓應(yīng)力,這種內(nèi)壓應(yīng)力與冷縮或干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力相抵消,建立混凝土內(nèi)部新的應(yīng)力平衡而防止開(kāi)裂。
  5.結(jié)語(yǔ)
  綜上所述,文章只是從材料方面對(duì)大體積混凝土裂縫控制進(jìn)行分析,起到了一個(gè)不斷深化的作用,而在實(shí)際大體積混凝土裂縫控制實(shí)踐中,除了在原材料方面采取各種措施外,還需在施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等方面采取相關(guān)的技術(shù)措施,綜合性的分析和控制大體積混凝土裂縫。并且各項(xiàng)技術(shù)措施并不是孤立的,而是相互聯(lián)系、相互制約的。因此,在大體積混凝土裂縫控制實(shí)踐中,各個(gè)方面的技術(shù)必須結(jié)合實(shí)際、全面考慮、合理采用,才能受到良好的效果。
  參考文獻(xiàn):
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  作者簡(jiǎn)介:潘承春(1972-3),男,福建省福州市人,助理工程師,主要從事建筑施工方面工作。
  (作者單位:福州市第二建筑工程公司)

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