一、前言
隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展,大體積混凝土施工日益增多(如斜拉橋的索塔、承臺及基礎(chǔ)、高層建筑的箱型基礎(chǔ)或筏型基礎(chǔ)),而大體積混凝土施工中普遍會遇到裂縫控制問題,這是因為混凝土體積大,聚集的大量水化熱會導(dǎo)致混凝土內(nèi)外散熱不均勻,在受到內(nèi)外約束的情況下,混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力并很可能導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生,最終為工程結(jié)構(gòu)埋下嚴(yán)重質(zhì)量隱患。因此,大體積混凝土施工中應(yīng)嚴(yán)格控制裂縫產(chǎn)生和發(fā)展,以保證工程質(zhì)量。
二、大體積混凝土裂縫類型及裂縫產(chǎn)生原因分析
大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要包括干燥收縮裂縫、塑性收縮裂縫、自身收縮裂縫、安定性裂縫、溫差裂縫、碳化收縮裂縫等。
1.收縮裂縫
混凝土在逐漸散熱和硬化過程中會導(dǎo)致其體積的收縮,對于大體積混凝土,這種收縮更加明顯。如果混凝土的收縮受到外界的約束,就會在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的收縮應(yīng)力,當(dāng)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限抗拉強度,就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。影響混凝土收縮的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品種。混凝土中的用水量和水泥用量越高,混凝土收縮就越大。水泥品種對干縮量及收縮量也有很大的影響,一般中低熱水泥和粉煤灰水泥的收縮量較小。
自身收縮是混凝土收縮的一個主要來源。自身收縮與干縮一樣,是由于水的遷移而引起的。但它不是由于水向外蒸發(fā)散失,而是因為水泥水化時消耗水分造成凝膠孔的液面下降形成彎月面,產(chǎn)生所謂的自干燥作用,導(dǎo)致混凝土體的相對濕度降低及體積減小而最終自身收縮。水灰比對自身收縮影響較大,一般來說,當(dāng)水灰比大于0.5時,其自干燥作用和自身收縮與干縮相比小得可以忽略不計;但是當(dāng)水灰比小于0.35時,體內(nèi)相對濕度會很快降低到80%以下,自身收縮與干縮則幾乎各占一半。
自身收縮主要發(fā)生在混凝土拌合后的初期。因此在模板拆除之前,混凝土的自身收縮大部分甚至全部已經(jīng)完成。在大體積混凝土里,即使水灰比并不低,自身收縮量值也不大,但是它與溫度收縮疊加到一起,就要使應(yīng)力增大,所以在水工大壩施工時早就將自身收縮作為一項性能指標(biāo)進(jìn)行測定和考慮。但是,許多斷面尺寸雖不很大,且水灰比也不算小的混凝土,也必須考慮水化熱及隨之引起的體積變形問題,以最大限度減少開裂影響,也需要考慮將溫度收縮和自身收縮疊加的影響。
塑性收縮也是大體積混凝土收縮一個主要來源。在水泥活性大、混凝土溫度較高或者水灰比較低的條件下,混凝土的泌水明顯減少,表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補充,這時混凝土尚處于塑性狀態(tài),稍微受到一點拉力,混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不規(guī)則的裂縫。出現(xiàn)裂縫以后,混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加快,于是裂縫迅速擴展。所以在這種情況下混凝土澆筑后需要及早覆蓋養(yǎng)生。
2.溫差裂縫
混凝土內(nèi)部和外部的溫差過大會產(chǎn)生裂縫。溫差裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過大。特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類裂縫。溫差的產(chǎn)生主要有三種情況:第一種是在混凝土澆筑初期,這一階段產(chǎn)生大量的水化熱,形成內(nèi)外溫差并導(dǎo)致混凝土開裂,這種裂縫一般產(chǎn)生在混凝土澆筑后的第3天(升溫階段)。另一種是在拆模前后,這時混凝土表面溫度下降很快,從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。第三種情況是當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)峰值后,熱量逐漸散發(fā)而達(dá)到使用溫度或最低溫度,它們與最高溫度的差值即內(nèi)部溫差。這三種溫差都會產(chǎn)生裂縫,但最嚴(yán)重的是水化熱引起的內(nèi)外溫差。
3.安定性裂縫
安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂,主要是由于水泥安定性不合格而引起。