大体积混凝土施工工艺及裂缝控制.doc

大体积混凝土施工工艺及裂缝控制随着建筑施工技术飞速发展现代建筑中经常涉及到大体积混凝土施工如高层楼房基础大型设备基础水利大坝等其主要特点是体积大表面小水泥水化热释放较集中内部温升较快当混凝土内外温差较大时会产生温度裂缝影响结构安全和正常使用所以必须从根本上加以分析来保证施工的质量大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同分为贯穿裂缝深层裂缝及表面裂缝种贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝最终形成贯穿裂缝它切断了结构的断面可能破坏结构的整体性和稳定性其危害性较严重而深层裂缝部分地切断了结构断面也有一定危害性表面裂缝一般危害性较小但也影响外观质量出现裂缝并不是绝对地影响结构安全它有一个最大允许值处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度毫米处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度毫米对于地下或半地下结构混凝土的裂缝主要影响其防水性能一般当裂缝宽度在毫米时虽然早期有轻微渗水但经过一段时间后裂缝可以自愈如超过毫米则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大所以在地下工程中应尽量避免超过毫米贯穿全断面的裂缝如出现这种裂缝将大大影响结构的使用必须进行化学灌浆加固处理大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝一方面是混凝土内部因素由内外温差而产生的另一方面是混凝土的外部因素结构的外部约束和混凝土各质点间的约束阻止混凝土收缩变形混凝土抗压强度较大但抗拉能力却很小所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时即会出现裂缝这种裂缝的宽度在允许限值内一般不会影响结构的强度但却对结构的耐久性有所影响因此必须予以重视和加以控制而产生裂缝的主要原因有水泥水化热外界气温变化和混凝土的收缩等造成如何控制这几方面对结构耐久性的影响呢一大体积混凝土的配合比设计水泥的选用应尽量选用水化热低凝结时间长的水泥优先采用中热硅酸盐水泥低热矿渣硅酸盐水泥大坝水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥等粗细骨料粗骨料宜采用连续级配细骨料宜采用中砂大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下应提高掺合料及骨料的含量以降低单方混凝土的水泥用量减水剂为满足和易性和减缓水泥早期水化热发热量的要求宜在混凝土中掺入适量的缓凝型减水剂除加入减水剂外有些混凝土还要根据需要加入其他外加剂如引气剂膨胀剂泵送剂等除以上点外还要适当降低原材料的温度二大体积混凝土的浇筑与振捣浇筑方案除应满足每一处混凝土在初凝前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外还应考虑结构大小钢筋疏密预埋管道和地脚螺栓的留设混凝土供应情况以及水化热等因素的影响常采用的方法有以下几种全面分层即在第一层全面浇筑完毕后再回头浇筑第二层此时应使第一层混凝土还未初凝如此逐层连续浇筑直至完工为止这种方案适用于结构平面尺寸不太大施工时从短边开始沿长边推进比较合适必要时可分成两段从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑分段分层混凝土浇筑时先从底层开始浇筑至一定距离后浇筑第二层如此依次向前浇筑其他各层由于总的层数较多所以浇筑到顶后第一层末端的混凝土还未初凝又可以从第二段依次分层浇筑这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程斜面分层要求斜面坡度不大于适用于结构长度大大超过厚度倍的情况混凝土从浇筑层下端开始逐渐上移混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺一般在每个斜面层的上下各布置一道振动器上面的一道布置在混凝土卸料处保证上部混凝土的捣实下面一道振动器布置在近坡脚处确保下部混凝土密实随着混凝土浇筑的向前推进震动器也相应跟上三混凝土的温控措施水化热温升控制措施混凝土升温时间较短根据工程实践一般在浇筑后的二至三天内混凝土弹性模量低基本处于塑性与弹塑性状态约束应力很低当水化热温升至峰值后水化热能耗尽继续散热引起温度下降随着时间逐渐衰减延续余天至余天作为工程预控指标可采取保温与降温措施的有采用冰水配制混凝土或混凝土厂址配置有深水井采用冰凉的井水配置粗细骨料均搭设遮阳棚避免日光曝晒选用低水化热的普硅水泥并利用掺合料减少水泥单方用量混凝土拆模时混凝土的温差不超过其温差应包括表面温度中心温度和外界气温之间的温差采用内部降温法降低混凝土内外温差内部降温法是在混凝土内部预埋水管通入冷却水降低混凝土内部最高温度冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行还有常见的投毛石法均可有效控制因混凝土内外温差而引起的混凝土开裂保温法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料如草袋锯木湿砂等在缓慢的散热过程中使混凝土获得必要的强度以控制混凝土的内外温差小于大体积混凝土结构的施工技术与措施直接关系到混凝土结构的使用性能如何采取更好的方法来降低混凝土的水化热掺和料的用量该如何控制混凝土原材料的温度是否可以再降低这些都有待于在施工实践中进一步积累经验采取有效措施使大体积混凝土浇筑中出现的开裂问题能得到更好的解决近年来随着上海郊区建设事业的快速发展高层建筑工程地下建筑工程呈现项目多规模大的新特点相应大体积钢筋混凝土工程也越来越多地被采用在对大体积混凝土施工管理中发现由于郊区采用大体积混凝土还处于起步发展阶段对其构造特点所用材料特性和施工工艺要求特别是对大体积混凝土裂缝的防治还处于不断探索不断深化的过程中因此为确保大体积混凝土施工质量防治大体积混凝土裂缝的产生已成为当前郊区工程管理的一个重要课题一裂缝产生主要原因探讨收缩裂缝混凝土收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量用水量和水泥用量越高混凝土的收缩就越大选用水泥的品种不同收缩的量也不同此外还有混凝土配合比外加剂和掺合料的品种以及施工工艺等都会产生收缩裂缝温差裂缝混凝土内外部温差过大会产生裂缝主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝安定性裂缝表现为龟裂主要因水泥安定性不合格而引起二裂缝的预控措施设计预控措施大体积混凝土的强度等级宜在范围内选用充分利用后期强度随着高层和超高层建筑物不断出现大体积混凝土的强度等级日趋增高出现等高强混凝土设计强度过高水泥用量过大必然造成混凝土水化热过高混凝土块体内部温度高内外温差超以上应在满足抗弯及抗冲切计算要求下采用的混凝土避免设计上强度越高越好的错误概念考虑到建设周期长的特点在保证基础有足够强度满足使用需求的前提下可以利用混凝土天天的后期强度这样可减少混凝土中的水泥用量以降低混凝土浇筑块体内的强度升高大体积混凝土基础除应满足构造要求外增配筋应尽可能采用小直径小间距采用直径毫米的钢筋和毫米间距较为合理伞截面的配筋率应在之间当基础设置于岩石地基上时宜在混凝土垫层上设置滑动层滑动层构造可采用一毡二油夏季施工时也可采用一毡一油避免结构突变而产生应力集中转角和孔洞处增设构造加强筋大块式基础及其他筏式箱式基础不宜设置变形缝沉降缝温度伸缩缝及施工缝根据结构特点可设置后浇缝保留时间一般不少于天以控制施工期间较大温差及收缩应力材料预控措施优先采用普通水泥和普通水泥等高标号水泥降低水泥用量从而降低混凝土的绝对温升值强度等级在范围内选用水泥用量以水泥每立方米不超过公斤水泥每立方米不超过公斤为宜应优先采用水化热低的矿渣水泥配制大体积混凝土所用的水泥应进行水化热测定水泥水化热测定按现行国家标准水泥水化热试验方法直接法测定采用毫米颗粒级配的石子控制含泥量小于砂细度模数为平均粒径的中粗砂控制含泥率小于掺合料及外加剂的使用目前使用的掺合料主要是粉煤灰可以提高混凝土和易性大大改善混凝土工作性能和可靠性同时可代替水泥降低水化热掺加量为水泥用量的降低水化热左右外加剂主要指减水剂缓凝剂和膨胀剂混凝土中掺入水泥重量的木钙减水剂不仅使混凝土工作性能有明显改善同时又减少拌和用水节约左右的水泥从而降低了水化热一般泵送混凝土为了延缓凝结时间要加缓凝剂为防止混凝土的初始裂缝可加膨胀剂采用安全性合格的水泥水泥进场后委托材料检测部门检测水泥的各种技术指标尤其是水泥的安定性如不合格严禁使用从而防止裂缝的产生施工预控措施施工前应对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温度温度应力及收缩力进行验算确定控制指标制订温控施工的技术措施混凝土的浇筑方法可用分层连续浇筑或推移式连续浇筑不得留施工缝混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定大体积混凝土施工采取分层浇筑混凝土时水平施工缝处清除浇筑表面的浮浆软弱混凝土层及松动的石子并均匀露出粗骨料在上层混凝土浇筑前应用压力水冲洗混凝土表面的污物充分湿润但不得积水对非泵送及低流动度混凝土在浇筑上层混凝土时应采取接浆措施混凝土的拌制运输必须满足连续浇筑施工以及尽量降低混凝土出罐温度等方面的要求混凝土浇筑过程中应及时清除混凝土表面的泌水规定合理的拆模时间加强保温养护措施以免混凝土表面发生急剧的温度变化塑料薄膜干草可作为保温材料覆盖混凝土和模板寒冷季节可搭设保温棚覆盖层的厚度应根据温控指标的要求计算对标高位于以下的部位应及时回填土以上的部位应及时加以覆盖不宜长期暴露在风吹日晒的环境中大体积混凝土拆模后应采取预防寒潮袭击突然降温和剧烈干燥等措施监测预控措施大体积混凝土的温控施工中除应进行水泥水化热的测定外混凝土浇筑过程中还应监测位于表面以下毫米深处的温度每工作班小时应不少于次养护过程中应进行混凝土浇筑块体升降温内外温度降温速度及环境温度等监测监测的规模和频率应根据所施工工程的重要性和施工经验确定测温可采用先进的仪器测温方法如有经验也可采用简易测温方法大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置以能真实反映出混凝土块的内外温差降温速度及环境温度为原则三预控实践取得初步成效近年来我们对多项地下工程的大体积混凝土结构针对不同的结构构造特点按照防治裂缝的重点措施要求与设计预拌商品混凝土搅拌站施工监理监测单位一起共同坚持实施四个预控在前一是坚持设计预控在前二是坚持材料预控在前三是坚持施工预控在前四是坚持监测预控在前由于措施科学预控到位有效防止了于这些工程大体积混凝土裂缝的发生有的工程项目经评选分别获得区级市级优质结构称号西堠门大桥是舟山大陆连岛工程中的第四座大桥北端连接册子岛南端连接金塘岛横跨西堠门水道为主跨的大跨径悬索桥其南北承台混凝土平面尺寸为高单个承台混凝土方量约砼设计强度等级南北承台均采用桩基础承台底部为根嵌岩桩大体积混凝土由于水化热作用混凝土浇筑后将经历升温期降温期和稳定期三个阶段在这个阶段中混凝土的体积亦随之伸缩若各块混凝土体积变化受到约束就会产生温度应力如果该应力超过混凝土的抗裂能力混凝土就会开裂为防止大体积混凝土温度裂缝的产生应主要从两方面着手一是提高混凝土材料本身的抗裂特性二是减小外力温度约束等作用在结构内部产生的效应大体积混凝土施工主要难度在于如何控制水化热避免混凝土开裂或造成过大的温度应力目前采用的通用办法就是优化配合比调节混凝土材料的入模温度混凝土内部进行温度调节合理划分浇筑高度及浇筑顺序加强混凝土的养护等措施混凝土配合比优选及原材料选择为使大体积混凝土具有水化热低可泵性好体积稳定性好抗侵蚀性和抗裂性能优良等性能砼进行如下试配水泥选用采用华新矿渣硅酸盐水泥备选南京双猴矿渣硅酸盐水泥根据试验结果水泥的细度标准稠度凝结时间安定性胶砂强度均满足规范要求粉煤灰选用谏壁电厂级粉煤灰其品质检验指标符合规范要求外加剂选用江苏建科院缓凝高效降水剂其品质检验指标符合规范要求砂子选用福建闽江砂其性能检验指标符合规范要求石子选用镇海大东方石场石子其物理化学性能检验指标符合规范要求水自来水砼的水胶比为经过多次试配及监理试验室平行试验确定泵送砼每立方材料用量水泥中砂碎石水粉煤灰外加剂坍落度为大体积混凝土温度应力仿真计算大体积砼施工的关键是控制温度裂缝的出现为了验算砼温差和砼收缩所产生的温度应力是否超过当时承台砼的极限抗拉强度进行了防裂理论计算数值模型计算中使用的绝热温升弹性模量徐变度的数值模型分别为绝热温升绝热温升公式取双曲线函数弹性模量徐变度混凝土材料参数承台混凝土弹性模量劈裂抗拉强度绝热温升线膨胀系数根据经验取值表混凝土物理热学参数工程部位混凝土标号弹模增长指数最终弹模热胀系数混凝土绝热温升承台表混凝土劈裂抗拉强度取值表龄期其他计算条件单个承台混凝土平面尺寸为高分四层浇筑浇筑厚度分别为承台受根桩基约束计算时基础弹模取计算时考虑混凝土表面的保温按侧面覆盖一层聚乙烯卷材和一层彩条布顶部覆盖两层麻袋考虑计算时考虑冷却水管降温效果承台混凝土共布设五层冷却水管冷却水管水平间距为取承台混凝土水化热温升气温资料参考招标文件平均风速按考虑计算时考虑徐变对混凝土应力的影响计算结果表承台混凝土内部最高温度计算结果工程部位混凝土标号最高温度龄期最大内表温差承台第一层承台第二层承台第三层承台第四层表承台混凝土温度应力特征值龄期部位承台第一层承台第二层承台第三层承台第四层对比表表可以看出承台分四次浇筑砼内部各龄期主拉应力均小于混凝土劈裂抗拉强度混凝土抗裂安全系数能满足要求温控标准混凝土温度控制的原则是尽量降低混凝土温升延缓最高温度出现时间降低降温速率降低混凝土中心和表面之间新老混凝土之间的温差以及控制混凝土表面和气温之间温差温度控制的方法和制度需根据气温季节混凝土内部温度结构尺寸约束情况混凝土配合比等具体条件确定根据本工程的实际情况控制如下温控标准混凝土夏季最高浇筑温度混凝土最大水化热温升承台混凝土最大内表温差及相邻块温差承台冬季混凝土表面温度与气温之差混凝土表面养护水温度与混凝土表面温度之差允许混凝土最大降温速率施工混凝土浇筑温度的控制降低混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常重要相同混凝土入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多混凝土的入模温度应视气温而调整在炎热气候下不应超过冬季不应低于在混凝土浇筑之前通过测量水泥粉煤灰砂石水的温度可以估算浇筑温度若浇筑温度不在控制要求内则应采取相措施夏季降低混凝土入仓温度的措施有水泥使用前应充分冷却确保施工时水泥温度搭设遮阳棚堆高骨料底层取料用水喷淋骨料避免模板和新浇筑混凝土受阳光直射入模前的模板与钢筋温度以及附近的局部气温不超过为此应合理安排工期尽量采用夜间浇筑当浇筑温度超过应采用拌和水加冰措施当气温高于入仓温度时应加快运输和入仓速度减少混凝土在运输和浇筑过程中的温度回升混凝土输送管外用草袋遮阳并经常洒水混凝土升温阶段为降低最高温升应对模板及混凝土表面进行冷却如洒水降温避免暴晒等冬季施工如日平均气温低于时为防止混凝土受冻可采取拌和水加热及运输过程的保温等措施控制混凝土浇筑间歇期分层厚度各层混凝土浇筑间歇期应控制在天左右最长不得超过天为降低老混凝土的约束需做到薄层短间歇连续施工如因故间歇期较长应根据实际情况在充分验算的基础上对上层混凝土层厚进行调整结合施工要求承台砼拟分四层浇筑浇筑厚度分别为为减小基础约束并考虑结构的特点分层厚度由薄到厚分层厚度示意图见图冷却水管的埋设及控制水管位置根据混凝土内部温度分布特征承台混凝土以下布设一层冷却水管以上布设两层冷却水管共布设五层冷却水管冷却水管均为的电焊钢管其水平间距为每根冷却水管最大长度为冷却水管进出水口集中布置以利于统一管理冷却水管使用及其控制冷却水采用自来水不得采用海水冷却水管使用前进行压水试验防止管道漏水阻水为确保大体积混凝土内部通水冷却效果冷却水通水流量应达到且应控制冷却水流向使冷却水从砼高温区域流向低温区域为确保大体积混凝土内部冷却均匀冷却水管进出水温差小于混凝土浇筑到各层冷却水管标高后开始通水各层混凝土峰值过后降温速率超过时停止通水为防止上层混凝土浇筑后下层混凝土温度的回升采取二次通水冷却通水时间根据测温结果确定控制进出水温度夏季进水温度不宜超过可选取地下水或水库深层水冬季不应低于可与冷却水出水混合提高温度为保证冷却水的初期降温效果项目部应与温控单位协调配合根据现场实际情况优化冷却水管的管路布置合理选择水泵并配备检修人员以保证冷却系统正常工作内表温差控制对于大体积混凝土由于水化放热会使温度持续升高如果气温不是过低在升温的一段时间内应加强散热如模板洒水降温等当混凝土处于降温阶段则要保温覆盖以降低降温速率混凝土在降温阶段如气温较低或突遇寒潮内表温差大于或气温低于混凝土表面温度超过必须对大体积混凝土进行保温养护做法如下混凝土侧面采用吊挂麻袋土工布外包一层彩条布保温必要时塔设保温棚用碘钨灯照射混凝土表面并洒热水养护混凝土的拆模时间不仅要考虑混凝土强度还要考虑混凝土的温度和内外温差以免突然接触空气时降温过快而开裂冬季应延长拆模时间不少于一周且拆模时间应选择一天中温度较高时段拆模后应及时覆盖保温混凝土养护混凝土养护包括湿度和温度两个方面结构表层混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取决于施工养护过程中的温度和湿度养护因为水泥只有水化到一定程度才能形成有利于混凝土强度和耐久性的微结构目前工程界普遍存在的问题是湿养护不足对混凝土质量影响很大湿养护时间应视混凝土材料的不同组成和具体环境条件而定对于低水胶比又掺用掺和料的混凝土潮湿养护尤其重要不同混凝土养护的最低期限见表本工程可采用冷却水管出水养护既能达到保温保湿养护的效果又可以减少水资源的浪费夏季或气温较高时混凝土表面应加强潮湿养护在条件允许的情况下尽可能采用表面蓄水防止混凝土出现干缩裂缝当气温急剧下降或气温低于时应洒热水养护或采用塑料薄膜养护湿养护的同时还要控制混凝土的温度变化根据季节不同采取保温和散热的综合措施保证混凝土内表温差及气温与混凝土表面的温差在控制范围内表不同混凝土温养护的最低期限混凝土类型水胶比大气湿度无风无阳光直射大气湿度干燥有风或阳光直射日平均气温湿养护期限气温日平均湿养护期限胶凝材料中掺有粉煤灰或矿渣天天天天天天天天天天天天胶凝材料主要为硅酸盐或普通硅酸盐水泥天天天天天天天天天天天天注当有实测混凝土表面温度数据时表中气温用实测表面温度代替施工控制为确保大体积混凝土施工质量提高混凝土的均匀性和抗裂能力必须加强对每一环节的施工控制混凝土施工严格按照公路桥涵施工技术规范执行并特别注意以下方面混凝土拌至配料前各种衡器清计量部门进行计量标定称料误差符合规范要求严格按确定的配合比拌制混凝土按规定厚度顺序和方向分层浇筑在下层混凝土初凝前浇筑完上层混凝土混凝土分层布料厚度不超过严格按规范要求进行各层间和各块间水平和垂直施工缝处理沿侧面混凝土表面布设防裂金属网防止表面裂缝的产生现场监控通过大量的工作对大体积混凝土的施工过程温度控制将取到实质的成果但是现场监控仍然是不可缺少的重要环节为检验施工质量和温控效果掌握温控信息以便及时调整和改进温控措施做到信息化施工需对混凝土进行温度及应变进行监测因为大体积混凝土的温度应力发展及防裂是一个十分复杂的问题外界温度湿度施工条件原材料变化等都会引起温度应力的变化只有通过温控及应力监测才能更准确地了解结构的质量与抗裂安全状况现场监控主要包括温度和应力监控监理针对大体积混凝土施工监理应首先仔细审查施工组织设计施工方案和温控方案检查浇筑的施工方案和施工程序是否可行检验和审查工程材料设备的质量杜绝质量事故的隐患保证大体积混凝土的顺利浇筑针对大体积混凝土所需的材料设备进行检查由于大体积混凝土中材料用量大监理必须要求施工单位保证水泥砂石水粉煤灰外加剂等均满足数量和质量双重要求在有试验报告和质保证书的前提下再审核混凝土的配合比是否正确由于在海岛上施工还必须保证淡水的供应针对大体积混凝土的施工时间长加上地理位置在一个海岛上为保证施工连续进行防止因设备故障而中途停止大体积混凝土浇筑必须要求配备备用设备而且在开始施工前还要求施工单位对主要设备进行试运行校核各种计量器具并提供计量部门的计量合格证在大体积混凝土施工前全面检查为保证结构质量在大体积混凝土施工前必须全面检查浇筑部位的钢筋及其接头模板冷却水管的型号位置等是否与图纸相符对于预埋钢筋和预埋件要逐一核对防止少埋或错埋现象对于钢筋接头由于采用了机械连接和焊接多种形式因此在每层浇筑前监理都要抽检合格后方能进行浇筑针对大体积混凝土厚度高模板有横向接缝为保证质量模板接缝处必须保证不漏浆内部光滑无明显接缝对冷却水管还要进行压水试验防止管道漏水阻水在大体积混凝土施工时应全过程旁站监理对于大体积混凝土施工过程中现场监理工程师必须全天候的小时跟班旁站监理如发现问题应及时处理试验监理工程师必须亲自在混凝土搅拌站现场监督检查生产配合比是否正确测定砼坍落度是否稳定并查看混凝土出料温度记录情况试件抽取制作是否符合要求并抽检取样如发现质量问题及时通知整改消灭质量隐患在大体积混凝土浇筑结束后要随时抽查温度记录和养护情况在大体积混凝土施工后必须对其温度检查记录和混凝土的养护工作引起重视如果发现温度超出设计温度必须马上要求施工单位处理防止温度裂缝产生如发现养护不及时或天气有突变的可能必须提前采取措施防止混凝土发生开裂结束语大体积混凝土通过采用冷却技术把温度控制在设计要求内能有效防止温度裂缝的出现通过施工前的试验计算加上施工单位的精心组织和监理单位的监督指导不但为承台大体积混凝土施工创造了良好的条件而且为大体积混凝土结构的质量提供了有利保证更为其他大体积混凝土施工提供了宝贵的资料