摘要:大面積、超長砼結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因主要有三大類,本工程主要將由施工操作引起的部分變形,以及材料選擇不當或操作方法不當引起的裂縫進行分析,制定相應措施,其中材料選擇從水泥品種、骨料、礦物摻合料、外加劑、配合比設計等方面進行控制,操作方法從混凝土拌和物控制、砼澆筑方法、混凝土養(yǎng)護等方面進行控制,達到防止裂縫或控制裂縫危害程度的目的。
關鍵詞:裂縫;溫差;配合比設計;控制措施;養(yǎng)護
一、本工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)特點
1、具有超大、超長結(jié)構(gòu)屬性
根據(jù)國家現(xiàn)行標準《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50010—2002規(guī)定,露天或埋在土中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),留設伸縮縫的間距最大為55m。本工程長為290m,寬160m,無疑屬于超長、超寬結(jié)構(gòu)(以下稱超大結(jié)構(gòu))。
2、具有大體積混凝土性質(zhì)
按照國家現(xiàn)行標準《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50204-2002條文說明規(guī)定:混凝土構(gòu)件最小斷面尺寸大于或等于200mm,即按大體積混凝土考慮采取相應措施。本工程底板、承臺等構(gòu)件最小斷面尺寸不少已超過200mm,應屬于大體積混凝土。
按照我國混凝土結(jié)構(gòu)裂縫專家王鐵夢先生新的概念:任意體量的混凝土,其尺寸足以要求必須采取措施,控制由于水化熱及伴隨的體積變形(收縮)引起的裂縫者稱為“大體積混凝土”。所以,雖最小厚度小于200mm,如200~600mm 長墻,20~300mm的樓板和箱梁,采用泵送商品混凝土現(xiàn)澆整體式結(jié)構(gòu)都需要考慮水化熱,收縮偏大的應力及相應措施,也應稱它們?yōu)榫哂写篌w積混凝土的性質(zhì)。因此本工程多數(shù)構(gòu)件都屬于這一范疇。
3、地下工程、防水要求高,防止裂縫至關重要
本工程地下室面積約5萬平方米,且工程所處環(huán)境地下水位高,廣州地區(qū)年降水量大,地下水源補充充足。因此本工程的防水功能對保證工程的正常使用是至關重要的,雖然鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外設有防水層,但如結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫一會造成柔性防水層的拉斷、剝離破壞,二會在地下水壓的作用下破壞,導致防水失效。故本工程防止鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫特別是底板、外墻、頂板裂縫更是關鍵中的關鍵。
4、本工程防止裂縫的有利因素
廣州地區(qū)晝夜間溫差較小,一般均在10℃以內(nèi),年極端最高最低溫度差也較之北方小,這對于防止鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫度裂縫是有利因素。除此之外,設計中已采取沿縱橫兩個方向每距離40m左右設置一條后澆帶措施,可以釋放早期混凝土收縮和溫度應力,對防止裂縫也是非常重要的。
二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有害裂縫產(chǎn)生的原因分析和對策控制措施
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要原因可歸納為三大類:一類是由荷載引起的裂縫,一類是由變形引起的裂縫,另一類是由施工操作引起的裂縫。根據(jù)本工程的具體特點,主要將由施工操作引起的部分變形(收縮和干縮)以及材料選擇不當或操作方法不當引起的裂縫進行分析,制定如下對策措施,具體措施如下:
1、水泥品種選擇
⑴ 宜選用非早強型(非R型)普通硅酸鹽、低堿、低水化熱水泥,強度等級為42.5或52.5級,C50以下砼采用42.5級水泥,C50及以上強度的砼可采用52.5級水泥。
⑵ 摻加符合國家標準的Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰,以改善混凝土性能,降低水泥用量。
⑶ 選用與水泥和摻合料相融性好的萘系或聚羧酸系高效減水劑,降低用水量和水膠比。
2、骨料選擇
⑴ 本工程構(gòu)件斷面較大,可選擇0.5~32連續(xù)級石子,強度、含泥量、針片狀含量等指標應符合規(guī)范要求;自密實砼和構(gòu)件最小斷面較小、配筋密集的構(gòu)件宜選用0.5~25或0.5~20的石子。
⑵ 砂應選擇級配良好的中砂,細度模數(shù)控制在4.2~2.2范圍內(nèi),其它指標應符合規(guī)范要求。
3、礦物摻合料選擇
C60以下的砼選用Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰即可滿足要求,收縮亦較小;必要時采用“混合雙摻技術(shù)”即粉煤灰灰和礦渣雙摻,能更好地改善砼性能。按照設計要求攙入杜拉纖維。
4、外加劑選擇
本工程混凝土選用萘系高效減水劑,但應選用2~3家信譽度高質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品,在使用前對擬選用的水泥和各種摻合料做多種摻量下的相融性試驗,尋找摻量飽和點和最佳摻量以及對砼的強度增長、收縮、密實性和各項工作性的影響,選擇最佳產(chǎn)品。
5、配合比設計
根據(jù)本工程各部位的特點及設計要求和材料供應情況,研究確定配合比設計、試配方案。
6、施工原因
⑴ 混凝土拌和物控制:
砼拌合物質(zhì)量差主要表現(xiàn)是:泌水、離析、坍落度不穩(wěn)定或坍落度損失大、流動性差、粘聚性差或粘聚性過大,夏季施工拌合物溫度過高等。都會給澆筑帶來困難,影響澆筑質(zhì)量。使砼不密實、收縮增大,裂縫出現(xiàn)早、發(fā)展快,嚴重影響砼的質(zhì)量。
控制措施:
摻加聚炳烯纖維和杜拉纖維的砼應適當延長攪拌時間;
聚炳烯纖維和杜拉纖維都會使砼流動性減小,增大坍落度損失,應經(jīng)過試配確定影響程度,并采取相應措施。
⑵ 砼澆筑方法:
不分層澆筑,一次下料厚度過大,使振搗困難、氣泡不能充分排出,影響砼密實;
下料落差過大,造成混凝土離析或骨料與漿體分離;
振搗不足、漏振或過振,使混凝土不密實或泌水;
④ 表面抹面收活過早是砼產(chǎn)生早期干縮裂縫的主因;表面抹面收活過遲,造成砼表面不平或起砂;
⑤ 入模溫度過高造成砼特別是大體積砼內(nèi)部溫度增長過快和峰值增大,容易產(chǎn)生內(nèi)外溫差過大,形成內(nèi)部溫度裂縫。
控制措施:
豎向結(jié)構(gòu)嚴格分層澆筑、分層振搗,一次下料厚度控制在50cm以內(nèi);大體積砼采取斜面分層法澆筑。
下料高度:砼澆筑時自由下落高度控制在2m以內(nèi),超過規(guī)定時,采取接長泵軟管或使用溜槽或串筒下料。
嚴格控制振搗插入間距在40cm以內(nèi),振搗時間控制在15~30秒之內(nèi);
大體積砼采取二次振搗措施。
④ 嚴格掌握砼表面收活時機,采取二次抹壓技術(shù),最后一道抹壓收活控制在終凝之前完成(現(xiàn)場掌握是腳踩不下陷,表面又能揉搓出漿時,此時砼干燥較快,面積較大時應多加人力)。
⑤ 夏季施工拌合物溫度超過32℃,砼攪拌時,應采取降溫措施;現(xiàn)場泵送管應采取草簾或麻袋覆蓋并澆水降溫。
⑶ 混凝土養(yǎng)護
原因:
砼覆蓋養(yǎng)護不及時或密封不嚴,造成表面過早失水,是造成表面干縮裂縫的主要原因;
保濕養(yǎng)護時間不足,使砼造成表面收縮裂縫。
澆筑過程中遇陣雨,即將終凝的未采取覆蓋措施砼表面遭受雨淋,造成表面起砂。
控制措施:
砼澆筑成型后保濕養(yǎng)護是防止裂縫的最方根手段,在水中養(yǎng)護或埋在土中的砼不會出現(xiàn)收縮裂縫。研究表明摻杜拉纖維的砼,如養(yǎng)護濕度或時間不夠會造成更大的收縮。本工程擬采取如下養(yǎng)護措施:
水平結(jié)構(gòu)采取覆蓋塑料薄膜密封保濕或蓄水養(yǎng)護;
豎向結(jié)構(gòu)柱拆模后采取塑料薄膜嚴密包裹養(yǎng)護;墻采用掛麻袋片澆水或布設噴淋管定時噴水養(yǎng)護。養(yǎng)護時間不少于14d。
三、小結(jié)
大體積混凝土裂縫形成的原因復雜,受自然環(huán)境、原材料供應及材料性能的影響都很大,本工程從材料選擇和操作方法兩大方面進行預防和控制,盡量避免和減少混凝土裂縫的產(chǎn)生和危害。