經驗交流：不良地質深路塹處理施工技術（二）
發布時間：2010-01-14 共1頁
3．變形裂縫產生的原因和特征
3.1 溫度裂縫
3.1.1 產生的原因和特征
水泥水化過程中產生量的熱量，每克水泥放出502J的熱量，如果以水泥用量350～550kg/m3來計算，每m3混凝土將放出17500～27500KJ的熱量，從而使混凝土內部溫度升高，在澆筑溫度的基礎上，通常升高35℃左右。如果按著我國施工驗收規范規定澆筑溫度為28℃ 則可使混凝土內部溫度達到65℃左右。但是，如果沒有降溫措施或澆筑溫度過高，混凝土內部溫度高達80～90℃的情況也時有發生，例如XX廈在澆筑筏板反梁基礎的體積混凝土的內部溫度，經實際測定高達95℃。水泥水化熱在1～3天可放出熱量的50%，由于熱量的傳遞、積存，混凝土內部的最高溫度約發生在澆筑后的3～5天，因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度低，形成溫度梯度，造成溫度變形和溫度應力。溫度應力和溫差成正比，溫度越，溫度應力也越。當這種溫度應力超過混凝土的內外約束應力( 包括混凝土抗拉強度)時，就會產生裂縫。這種裂縫的特點是裂縫出現在混凝土澆筑后的3～5天，初期出現的裂縫很細，隨著時間的發展而繼續擴，甚至達到貫穿的情況。
3.1.2影響因素和防治措施
混凝土內部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關?；炷猎胶瘢嘤昧吭剑療嵩礁叩乃啵鋬炔繙囟仍礁?，形成溫度應力越，產生裂縫的可能性越。
對于體積混凝土，其形成的溫度應力與其結構尺寸相關，在一定尺寸范圍內，混凝土結構尺寸越，溫度應力也越，因而引起裂縫的危險性也越，這就是體積混凝土易產生溫度裂縫的主要原因。因此防止體積混凝土出現裂縫最根本的措施就是控制混凝土內部和表面的溫度差。
3.1.2.1 混凝土原材料和配合比的選用
a．水泥品種選擇和水泥用量控制
體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的量積聚，使混凝土出現早期升溫和后期降溫，產生內部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，在摻加泵送劑或粉煤灰時，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。再有，可充分利用混凝土后期強度，以減少水泥用量。根據量試驗研究和工程實踐表明，每m3混凝土的水泥用量增減10kg，其水化熱將使混凝土的溫度相應升高或降低1℃。因此，為更好的控制水化熱所造成的溫度升高、減少溫度應力，可以根據工程結構實際承受荷載的情況，對工程結構的強度和剛度進行復核與驗算，并取得設計單位的同意后，可用56天或90天抗壓強度代替28天抗壓強度作為設計強度。由于過去土木建筑物層數不多、跨度不，且多為現場攪拌，施工工期短，混凝土標準試驗齡期定為28天，但對于具有體積鋼筋混凝土基礎的高層建筑，多數的施工期限很長，少則1～2年，多則4～5年，28天不可能向混凝土結構，特別是向體積鋼筋混凝土基礎施加設計荷載，因此將試驗混凝土標準強度的齡期推遲到56天或90天是合理的，正是基于這點，國內外許多專家均提出這樣建議。如果充分利用混凝土的后期強度，則可使每m3混凝土的水泥用量減少40～70kg左右，則混凝土溫度相應降低4～7℃。最后，為減少水泥水化熱和降低內外溫差的辦法是減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下。如果強度允許，可采用摻加粉煤灰來調整。
b．摻加摻合料
國內外量試驗研究和工程實踐表明，混凝土中摻入一定數量優質的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰顆粒呈球狀具有滾珠效應，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性，并且能夠補充泵送混凝土中粒徑在0.315mm以下的細集料達到占15%的要求，從而改善了可泵性。同時，依照體積混凝土所具有的強度特點，初期處于較高溫度條件下，強度增長較快、較高，但是后期強度增長緩慢。摻加粉煤灰后，其中的活性Al2O3、SiO2與水泥水化析出的CaO作用，形成新的水化產物，填充孔隙、增加密實度，從而改善了混凝土的后期強度。但是應當值得注意的是，摻加粉煤灰混凝土的早期抗拉強度和極限變形略有降低。因此，對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%以內
特別重要的效果是摻加原狀或磨細粉煤灰之后，可以降低混凝土中水泥水化熱，減少絕熱條件下的溫度升高。摻加粉煤灰的水泥混凝土的溫度和水化熱，在1～28d齡期內，致為：摻入粉煤灰的百分數就是溫度和水化熱降低的百分數，即摻加20%粉煤灰的水泥混凝土，其溫升和水化熱約為未摻粉煤灰的水泥混凝土的80%，可見摻加粉煤灰對降低混凝土的水化熱和溫升的效果是非常顯著的。目前許多商品混凝土廠家，由于認識、技術、設備(料倉)等原因，尚未有效、充分地利用粉煤灰。
c．摻加外加劑
摻加具有減水、增塑、緩凝、引氣的泵送劑，可以改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性。由于其減水作用和分散作用，在降低用水量和提高強度的同時，還可以降低水化熱，推遲放熱峰出現的時間，因而減少溫度裂縫。
例如，在泵送混凝土中，摻入占水泥重量0.25%的木質素磺酸鈣減水劑，不僅能使混凝土的泵送性能改善，而且可以減少拌合水和水泥用量，從而降低水化熱，延遲了水化熱釋放速度 ，推遲放熱峰。因此，不但減少了溫度應力，而且使初凝和終凝時間延緩3～8h，降低了體積混凝土施工中出現冷縫的可能性。
d．選用質量優良的粗細集料
粗集料
根據結構最小斷面尺寸和泵送管道內徑，選擇合理的最粒徑，盡可能選用較的粒徑。例如5～40mm粒徑可比5～25mm粒徑的碎石或卵石混凝土可減少用水量6～8kg/m3，降低水泥用量15kg/m3，因而減少泌水、收縮和水化熱。
要優先選用天然連續級配的粗集料、使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進而減少水化熱。
細集料
以采用級配良好的中砂為宜。實踐證明，采用細度模數2.8的中砂比采用細度模數2.3的中砂，可減少用水量20～25kg/m3，可降低水泥用量28～35kg/m3，因而降低了水泥水化熱、混凝土溫升和收縮。
泵送混凝土也宜選用合理砂率，其砂率值較低流動性混凝土適當提高是必要的。但是砂率過，不僅會影響混凝土的工作度和強度，而且能增收縮和裂縫。
3.1 溫度裂縫
3.1.1 產生的原因和特征
水泥水化過程中產生量的熱量，每克水泥放出502J的熱量，如果以水泥用量350～550kg/m3來計算，每m3混凝土將放出17500～27500KJ的熱量，從而使混凝土內部溫度升高，在澆筑溫度的基礎上，通常升高35℃左右。如果按著我國施工驗收規范規定澆筑溫度為28℃ 則可使混凝土內部溫度達到65℃左右。但是，如果沒有降溫措施或澆筑溫度過高，混凝土內部溫度高達80～90℃的情況也時有發生，例如XX廈在澆筑筏板反梁基礎的體積混凝土的內部溫度，經實際測定高達95℃。水泥水化熱在1～3天可放出熱量的50%，由于熱量的傳遞、積存，混凝土內部的最高溫度約發生在澆筑后的3～5天，因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度低，形成溫度梯度，造成溫度變形和溫度應力。溫度應力和溫差成正比，溫度越，溫度應力也越。當這種溫度應力超過混凝土的內外約束應力( 包括混凝土抗拉強度)時，就會產生裂縫。這種裂縫的特點是裂縫出現在混凝土澆筑后的3～5天，初期出現的裂縫很細，隨著時間的發展而繼續擴，甚至達到貫穿的情況。
3.1.2影響因素和防治措施
混凝土內部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關?；炷猎胶瘢嘤昧吭剑療嵩礁叩乃啵鋬炔繙囟仍礁?，形成溫度應力越，產生裂縫的可能性越。
對于體積混凝土，其形成的溫度應力與其結構尺寸相關，在一定尺寸范圍內，混凝土結構尺寸越，溫度應力也越，因而引起裂縫的危險性也越，這就是體積混凝土易產生溫度裂縫的主要原因。因此防止體積混凝土出現裂縫最根本的措施就是控制混凝土內部和表面的溫度差。
3.1.2.1 混凝土原材料和配合比的選用
a．水泥品種選擇和水泥用量控制
體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的量積聚，使混凝土出現早期升溫和后期降溫，產生內部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，在摻加泵送劑或粉煤灰時，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。再有，可充分利用混凝土后期強度，以減少水泥用量。根據量試驗研究和工程實踐表明，每m3混凝土的水泥用量增減10kg，其水化熱將使混凝土的溫度相應升高或降低1℃。因此，為更好的控制水化熱所造成的溫度升高、減少溫度應力，可以根據工程結構實際承受荷載的情況，對工程結構的強度和剛度進行復核與驗算，并取得設計單位的同意后，可用56天或90天抗壓強度代替28天抗壓強度作為設計強度。由于過去土木建筑物層數不多、跨度不，且多為現場攪拌，施工工期短，混凝土標準試驗齡期定為28天，但對于具有體積鋼筋混凝土基礎的高層建筑，多數的施工期限很長，少則1～2年，多則4～5年，28天不可能向混凝土結構，特別是向體積鋼筋混凝土基礎施加設計荷載，因此將試驗混凝土標準強度的齡期推遲到56天或90天是合理的，正是基于這點，國內外許多專家均提出這樣建議。如果充分利用混凝土的后期強度，則可使每m3混凝土的水泥用量減少40～70kg左右，則混凝土溫度相應降低4～7℃。最后，為減少水泥水化熱和降低內外溫差的辦法是減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下。如果強度允許，可采用摻加粉煤灰來調整。
b．摻加摻合料
國內外量試驗研究和工程實踐表明，混凝土中摻入一定數量優質的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰顆粒呈球狀具有滾珠效應，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性，并且能夠補充泵送混凝土中粒徑在0.315mm以下的細集料達到占15%的要求，從而改善了可泵性。同時，依照體積混凝土所具有的強度特點，初期處于較高溫度條件下，強度增長較快、較高，但是后期強度增長緩慢。摻加粉煤灰后，其中的活性Al2O3、SiO2與水泥水化析出的CaO作用，形成新的水化產物，填充孔隙、增加密實度，從而改善了混凝土的后期強度。但是應當值得注意的是，摻加粉煤灰混凝土的早期抗拉強度和極限變形略有降低。因此，對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%以內
特別重要的效果是摻加原狀或磨細粉煤灰之后，可以降低混凝土中水泥水化熱，減少絕熱條件下的溫度升高。摻加粉煤灰的水泥混凝土的溫度和水化熱，在1～28d齡期內，致為：摻入粉煤灰的百分數就是溫度和水化熱降低的百分數，即摻加20%粉煤灰的水泥混凝土，其溫升和水化熱約為未摻粉煤灰的水泥混凝土的80%，可見摻加粉煤灰對降低混凝土的水化熱和溫升的效果是非常顯著的。目前許多商品混凝土廠家，由于認識、技術、設備(料倉)等原因，尚未有效、充分地利用粉煤灰。
c．摻加外加劑
摻加具有減水、增塑、緩凝、引氣的泵送劑，可以改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性。由于其減水作用和分散作用，在降低用水量和提高強度的同時，還可以降低水化熱，推遲放熱峰出現的時間，因而減少溫度裂縫。
例如，在泵送混凝土中，摻入占水泥重量0.25%的木質素磺酸鈣減水劑，不僅能使混凝土的泵送性能改善，而且可以減少拌合水和水泥用量，從而降低水化熱，延遲了水化熱釋放速度 ，推遲放熱峰。因此，不但減少了溫度應力，而且使初凝和終凝時間延緩3～8h，降低了體積混凝土施工中出現冷縫的可能性。
d．選用質量優良的粗細集料
粗集料
根據結構最小斷面尺寸和泵送管道內徑，選擇合理的最粒徑，盡可能選用較的粒徑。例如5～40mm粒徑可比5～25mm粒徑的碎石或卵石混凝土可減少用水量6～8kg/m3，降低水泥用量15kg/m3，因而減少泌水、收縮和水化熱。
要優先選用天然連續級配的粗集料、使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進而減少水化熱。
細集料
以采用級配良好的中砂為宜。實踐證明，采用細度模數2.8的中砂比采用細度模數2.3的中砂，可減少用水量20～25kg/m3，可降低水泥用量28～35kg/m3，因而降低了水泥水化熱、混凝土溫升和收縮。
泵送混凝土也宜選用合理砂率，其砂率值較低流動性混凝土適當提高是必要的。但是砂率過，不僅會影響混凝土的工作度和強度，而且能增收縮和裂縫。
