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大体积混凝土的裂缝加固改造防治
     在建筑工程中,高层建筑结构的转换层、筏板基础以及大型设备基础,可能需要采用大体积混凝土;特别当地基承载力特征值较低时,采用复合地基要随着高层建筑层数不同,每增加一层筏板基础要增厚50mm,因此,筏基厚度可达500-2500mm之间。并在设计中要考虑因超长和收缩引起的裂缝。在施工浇灌混凝土时,在凝固过程中内部水泥会散发大量的水化热,由于体积大,水化热聚集在内部不易散发,在混凝土内外形成较大的温差,使混凝土内部产生内应力,而在表面产生拉应力;并在混凝土硬化过程中会产生体积收缩;在浇筑后期,混凝土逐渐冷却,也会产生收缩,当收缩受到基底或已浇混凝土的约束,在接触处产生很大的剪应力,混凝土正截面形成拉应力。当拉应力超过混凝当时龄期的极限抗拉强度,混凝土在施工过程中就会产生裂缝。因此要根据大体积混凝土产生的裂缝类型和特点,需要从设计和施工两方面采取防治措施,才能有效的使裂缝得到控制。加固工程,加固改造。
1.大体积混凝土的裂缝类型和特点
1.1 表面裂缝
这种裂缝在混凝土升温阶段和降温阶段均可能产生,混凝土热量通过表面向周围环境散发的过程中,表面温度低于内部温度,形成内外温差。当这种温差沿着厚度方向呈非线性分布时,引起混凝土非均匀变形。开始混凝土处于塑性状态,到凝结硬化过程中,其弹性模量随着强度不断增长,当温度产生的拉应力,超过当时混凝土的极限拉应力,就会在混凝土表面产生裂缝。
1.2 贯通裂缝
这种裂缝发生在降温阶段,大体积混凝土基础呈降温收缩状态,降温收缩受到基底及自身约束,产生很大的收缩拉应力,超过混凝土的极限抗拉强度时,就会产生收缩裂缝;此种收缩裂缝有时贯通整个断面,受基底及自身构造的约束作用越强,平均温度峰值越高,贯通裂缝出现的可能性越大。由于降温阶段历经的时间长达一个月以上,降温收缩与混凝土硬化收缩呈叠加趋势,硬化收缩会大幅度加剧,这种裂缝呈现的可能性就更大。
1.3 深层裂缝
由于塑性收缩裂缝发生在混凝土硬化之前,在上部混凝土的均匀沉降受到了限制,当遇到钢筋和大骨料,或平面面积较大,其水平方向的减缩比竖向更难,就会形成不规则的深层裂缝。
2. 设计防治措施
设计大体积混凝土构件,要确当的选用混凝土标号和采取必要的防裂构造措施,特别在超长结构时要采取有效的措施。
2.1  适宜的混凝土标号
从水泥引起的水化热角度,水泥量不宜过多,以免水化热温度过高,易引起混凝土收缩过大而出现裂缝。因此混凝土或筏基的抗渗混凝土标号不宜过高,可在满足承载力和防水要求的前提下,一般宜采用C25-C35,可减少水泥用量,减少水化热。加固工程,加固改造。
2.2  设防裂构造
筏板基础的大体积混凝土其厚度≥1.5m时,宜在上部钢筋上面配置φ4-φ8@150-200mm的双向抗裂钢筋网,或铺设玻璃丝网格布,以抵制大体积混凝土表面收缩应力引起的裂缝开展;而筏基四角在大体积混凝土的整体干缩过程中,由于纵横向收缩引起的斜向较大的合力,产生斜向裂缝,可增设同筏基受力钢筋不少于九根放射筋,以抵抗其斜向拉应力;当厚度≥2m,还宜在筏板中部设一层抗温度的构造钢筋网φ10~φ12@200。至于大体积设备基础则应加强基础的周边筋,在基础上部另加一层防裂钢筋,其配筋均不小于φ12@200。
2.3   设置后浇带
筏基的大体积混凝土超长时,为了减少混凝土在硬化过程中产生过大的收缩应力,宜在30-40m左右设置一道0.8-1.0m宽的后浇带,可在已浇混凝土两个月后完成50%的收缩率,再浇灌后浇带。在浇灌后浇带时,要求掺有膨胀剂UEA或PNC、JEA、TEA、PPT-EA1.2、FS-Ⅲ等,(注)其UEA用量为水泥量的10-12%,其后浇带的混凝土强度应比原混凝土高出5MPa,在硬化凝固过程中,其微胀应力可抵消部分已浇混凝土的收缩应力而减少收缩量;因此对大体积混凝土引起的温度收缩量应力,可减小控制在混凝土抗拉强度以内。
注:UEA 由中国建材研究院研制的产品;PNC由山东建科院和JEA山东省建材院研制的产品;PPT-EA1.2由北京祥业公司研制的产品;TEA由浙江工业大学研制的产品;FS-Ⅲ由北京利力公司研制的产品。
3.施工防治措施
施工宜从选材、工艺、温控、振捣、表面处理和养护等方面,采取必要的措施,是很重要和有效的。
3.1 合理选材
所谓合理选材,就是选用的混凝土原料,要考虑有利于减少收缩变形。
3.1.1 原料选择
水泥要选用水化热低的矿渣水泥,或大坝水泥、粉煤灰水泥、低强度水泥等,水泥含碱量应小于0.6%,七天水化热不宜大于250KJ/Kg。粗骨料选用5-20mm一级配用石子,掺入≥150mm大骨料的毛石料,其总体积≤20-30%,以便吸收热量;细骨料选用中砂,可减少水量和水泥用量;含泥量控制:砂<2%,石子<1%,以免过多地增大混凝土变形,降低抗拉强度,影响抗裂性。
3.1.2 添加物
掺入15-30%添加物可采用粉煤灰掺合料,但应优先采用磨细矿粉,可降低水化热,提高混凝土的和易性,还可提高后期强度,节约水泥用量。加入10-12%的膨胀剂,改善混凝土的粘塑性,可降低水化热15%左右,减少混凝土的空隙,提高密实性和强度,抵消一部混凝土的收缩应力,提高抗裂和强度。在冬季很难控制混凝土内外温差,可掺入0.22%的聚丙烯纤维,可起分散应力和抑制裂缝扩展的作用,减少泌水,降低孔隙率,大幅度地提高抗渗能力,聚丙烯纤维还具有强度高,化学性能稳定,抗紫外线等特点。加固工程,加固改造。
3.1.3 优化配合比
混凝土选用的原材料要试配,确定佳配合比。在现场坍落度泵送混凝土宜在80-140mm,允许误差±15mm。
3.2 工艺
施工工艺,主要从操作方式、温控、振捣和表面处理等方面来控制。
3.2.1 操作方式
大体积混凝土面积不大,采用全面分层,可从短边开始,逐层往返浇灌;大体积混凝土厚度不大,但面积大,长度较长时,采取分段分层,依次逐次分层浇灌;或从中部向两边同时分段分层进行;大体积混凝土厚度较大,要采用阶梯式推进。
为了确保由下而上的混凝土质量,其分层厚度可在300-500mm之间,以利散热,其间浇注的间歇时间在室外温度≤25℃时,≤C30为210分钟,>C30为180分钟;当室外温度大于25℃时,≤C30为180分钟,>C30为150分钟。
浇注混凝土的落高,可控制下料的自由下落,其落高度不宜大于2m,当>2m时,要采用留槽或管或串筒引导下落,避免发生混凝土离析现象。
3.2.2 温控
骨料堆积高度超过6m,要设遮阳棚,以免暴晒,造成骨料表面温度不同,影响着拌合物温度;混凝土浇注时,浇灌层内要埋设冷却水管,控制水流速度0.6m/s,一天更换一次,每天降温可≤1℃;在拌合料中加入少量的冰屑,同时搅拌时间要加长30秒,加入冰屑量以出料温度达到要求为准,从而控制混凝土温度与水温之差在25℃左右。
3.2.3 振捣
混凝土振捣时,采用插入式振动器,以垂直混凝土表面振捣,要快插慢拔可避免混凝土出现离析现象,同时保证混凝土振捣密实;宜先振捣出料口,使之形成自然流淌坡,再全面振捣控制振捣时间20秒左右,插入点可相距300mm左右和有效的插入深度,采用行列式或交错式移动,防治混凝土集中堆积,以混凝土表面不冒气泡,且以部分泛浆即可。
3.2.4 表面处理
由于大体积混凝土一般塌落度较大,会在混凝土表面钢筋下部泌水,或在混凝土表面产生龟裂。因此在混凝土初凝前或预沉后,用长尺刮平表面,初凝前可用铁筒碾压2遍,再用木抹子搓压实两至三遍,可防止混凝土表面出现塑性压缩裂缝,和因表面快速失水引起的干缩裂缝。
3.3 养护
大体积混凝土的养护比一般构件养护的要求更应严格一些。应采用塑料覆盖或喷射养护剂,草帘养护,防止混凝土温差过大和表面失水产生裂缝。覆盖后要保持湿润,使表面不受外界气温变化的影响;在周边做100-200的围堰蓄水,避免表面出现收缩裂缝。
养护时间不得少于两周,在养护期对其内部温度,可通过设置测温管测得,混凝土在硬化过程中导热性会有差别,一般混凝土内部升温稍快,可达50℃左右,浇注完后1-3天达到高值,7天内平均每天降温1℃。降温缓慢,温度梯度大。大体积混凝土可能出现裂缝的部位是在上表面,四周临边的侧表面和下底边,并都与养护有密切关系。
大体积混凝土可能引起的裂缝,要从设计和施工两个方面均应采取有效的防治措施,才能保证大体积混凝土不出现或减少裂缝的出现。
4.裂缝的处理
当由于大体积混凝土在设计和施工时未采取有效的防治措施,而发生裂缝超过容许宽度后,宜将裂缝要凿V型槽口20mm,清理松散物,清洗后,采用高一号混凝土换10-15%的UAE膨胀剂修补处理,补偿收缩裂缝,同时加强养护,确保大体积混凝土的质量和正常使用。加固工程,加固改造。
 

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