浅谈C60混凝土柱表观微裂纹

2010-04-13 00:00

  随着科技的日新月异,高标号混凝土越来越多用于施工生产,但高标号混凝土表面微裂纹问题一直未能完全解决。本文通过对混凝土混凝土裂缝产生的机理进行分析,从原材料、配合比、混凝土拌制、运输、浇注、振捣、养护方面进行控制,取得了较好的效果。

  一、现场施工情况

  柱子施工工序安排:框架柱混凝土施工前,将模板进行打蜡处理,保证表面光洁,钢筋保护层采用塑料垫块,方柱竖向间距500mm,水平方向每边两个,圆柱每面5个,水平向和竖向间距为500mm,保证混凝土保护层质量,在浇注混凝土前,派专人驻站,现场由专人负责坍落度,并严格控制在160±20mm范围内,每次浇注两根,交叉进行,每根柱子由四台振动棒进行振捣,分层浇注,每层浇注厚度为50cm,振动棒插入下层的深度为10cm左右,每层的振捣时间为25秒左右,浇注时间控制在1.5个小时左右,为了防止过振,在振动棒做相应的标记,保证振捣质量。

  混凝土的养护,浇注前,在模板外侧覆盖塑料薄膜,包裹严实,浇注完成6小时后开始洒水养护,柱顶要有蓄水,并在模板外侧洒水降温,浇注完成48小时后拆除模板,拆模后,立即洒水养护,用塑料薄膜包裹严实,保持湿润状态,养护时间不少于14天。

  二、结构裂缝产生原因分析

  结构裂缝产生的原因很复杂,根据调查资料,引起裂缝有两大类原因,一种由外荷载(如静、动荷载)的直接应力和结构次应力引起的裂缝,其机率约20%;一种是结构因温度、膨胀、收缩、徐变和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝,其机率约80%。裂缝发生与材料,设计、施工和维护有关。

  混凝土裂缝形态及分析

  裂缝形态

  大而不规则

  大而有规则间距

  细微而规则园状

  细微而概略出现在表面(垂直于风向)

  平行控制缝边缘

  沿钢筋位置

  混凝土表面之整片剥落

  1、材料缺陷

  在变形裂缝中收缩裂缝占有80%的比例,从混凝土的性质来说大概有:

  (1).干燥收缩

  研究表明,水泥加水后变成水泥硬化体,其绝对体积减小。每100克水泥水化后的化学减缩值为7~9ml,如混凝土水泥用量为350kg/m3,则形成孔缝体积约25~30升/m3之巨。这是混凝土抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。研究表明,每100克水泥浆体可蒸发水约6ml,如混凝土水泥用量为350kg/m3,当混凝土在干燥条件下,则蒸发水量达21升/m3。毛细孔缝中水逸出产生毛细压力,使混凝土产生“毛细收缩”。由此引起水泥砂浆的干缩值为0.1~0.2%;混凝土的干缩值为0.04~0.06%。而混凝土的极限拉伸值只有0.01~0.02%,故易引起干缩裂缝。

  (2).温差收缩

  水泥水化是个放热过程,其水化热为165~250焦尔/克,随混凝土水泥用量提高,其绝热温升可达50~80℃。研究表明,当混凝土内外温差10℃时,产生的冷缩值εc=△T/α=10/1×10-5=0.01%,如温差为20~30℃时,其冷缩值为0.02~0.03%,当其大于混凝土的极限拉伸值时,则引起结构开裂。

  (3).塑性收缩

  混凝土初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发,引起失水收缩,此时骨料与水泥之间也产生不均匀的沉缩变形,它发生在混凝土终凝之前的塑性阶段,故称为塑性收缩。其收缩量可达1%左右。在混凝土表面上,特别在抹压不及时和养护不良的部位出现龟裂,宽度达1~2mm,属表面裂缝。水灰比过大,水泥用量大,外加剂保水性差,粗骨料少,振捣不良,环境温度高,表面失水大等都能导致混凝土塑性收缩而发生表面开裂现象。

  (4).自生收缩[Page]

  密封的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低,称为自干燥。自干燥造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压,因而引起混凝土的自生收缩。高强度混凝土自收缩过程开始于水化速率处于高潮阶段的头几天,湿度梯度首先引发表面裂缝,随后引发内部微裂缝,若混凝土变形受到约束,则进一步产生收缩裂缝。这是高标号混凝土容易开裂的主要原因之一。

  (5).减水剂的影响

  商品混凝土浇筑的结构开裂机率大与减水剂带来负面影响有关

  以上是从水泥混凝土物理化学特性分析其各种收缩现象,早期塑性收缩会导致结构出现表面裂缝,混凝土进入硬化阶段后,混凝土水化热使结构产生温差收缩和干燥收缩(包括自干收缩),这是诱发裂缝的主要原因。

  2、施工管理问题

  混凝土配合比设计是否科学合理,水泥与外加剂是否相适应,砂石级配及其含泥量是否符合规范要求,混凝土坍落度控制是否合理,这些都影响到混凝土的质量及其收缩变形。

  混凝土浇筑震捣不均匀密实,会带来结构开裂的后患;过震则使浮浆过厚,抹压又不及时,则混凝土表面出现塑性裂缝,十分难看。

  拆摸板过早(1~3d),混凝土水化热正处于高峰,内外温差最大;混凝土易“感冒”开裂。

  混凝土养护十分重要,柱的保温保湿养护不到位,容易产生收缩裂缝。新浇混凝土湿度很大,但由于吹风影响,加速了混凝土水分蒸发速度,亦即增加干缩速度,容易引起早期表面裂缝,风速对水分蒸发速度的影响下表。

  风速(m/s) 0  8  16

  三、C60框架柱表面微裂纹分析

  在奥林匹克公园车站框架柱施工开始截止4月25日,拆除模板后,柱子表面出现了不同程度的微小裂缝,影响了混凝土的外观质量,经现场检查地下二层3月1日浇注的E30柱质量较差、3月8日浇注的W30、W31柱质量较好。4月13日浇注的地下一层IE22柱表观质量相对较差、4月22日浇注的地下一层IW20、IW21表观质量相对较好,原因分析如下:

  1、原材料及混凝土方面分析:

  混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝。

  (1)、水泥

  ①、水泥安定性不合格,水泥中游离的氧化钙含量超标。氧化钙在凝结过程中水化很慢,在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用,可破坏已硬化的水泥石,使混凝土抗拉强度下降。

  ②、水泥出厂时强度不足,水泥受潮或过期,可能使混凝土强度不足,从而导致混凝土开裂。

  ③、当水泥含碱量较高(例如超过0.6%),同时又使用含有碱活性的骨料,可能导致碱骨料反应。

  2、砂、石骨料

  砂石的粒径、级配、杂质含量。

  砂石粒径太小、级配不良、空隙率大,将导致水泥和拌和水用量加大,影响混凝土的强度,使混凝土收缩加大,如果使用超出规定的特细砂,后果更严重。砂石中云母的含量较高,将削弱水泥与骨料的粘结力,降低混凝土强度。砂石中含泥量高,不仅将造成水泥和拌和水用量加大,而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。砂石中有机质和轻物质过多,将延缓水泥的硬化过程,降低混凝土强度,特别是早期强度。砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应,体积膨胀2.5倍。

  (3)、混凝土现场坍落度相对过大;

  (4)、所用泵送混凝土,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或因其它原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,使得混凝土柱表面出现不规则裂缝。

  3、施工工艺

  在混凝土结构浇筑过程中,若施工工艺不合理、施工质量低劣,容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝。

  (1)、混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,既塑性收缩裂缝。[Page]

  (2)、混凝土初期养护时急剧干燥,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的 收缩裂缝。

  (3)、施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

  (4)、现场柱模打磨不精细也可能造成混凝土表面微裂纹。

  4、其它原因

  (1)、北京地区初春风大,水分蒸发过快;

  (2)、初春季节早晚温差较大,C60混凝土水化热过大,养护时间掌握不好内外温差较大,混凝土表面容易形成微裂纹;

  通过对原因的分析,制定了以下控制措施:

  ①对模板进行打磨处理,保证表面光洁,模板由涂刷隔离剂改为打蜡处理。

  ②在混凝土浇注后,将模板用浸透的草帘或棉被包裹严实,防止水分散发,保证养护质量。

  ③在原混凝土配比的基础上,适当减少水泥用量,并严格控制混凝土坍落度(≤160mm)。

  ④在浇注完成6小时后开始养护,并要时刻保持草帘或棉被的湿润。

  ⑤适当延长拆模时间,即在浇注完成48小时后拆模。

  ⑥针对螺旋状的裂纹应严格控制箍筋的保护层厚度,加密垫块;并保证箍筋的缠绕质量。

  在加强现场控制措施的同时,联系搅拌站对混凝土掺和料进行了调整,在4月20日施工IW24、IE24柱子时,加入了一定量的聚羧酸外加剂,拆除模板后,表面质量有所改观。在养护数天后,表面裂纹明显减少。

  根据以上措施,在柱子施工的各个工序和环节上都采取了加强措施,通过精心养护,C60混凝土立柱表面裂纹现象彻底消除。

  四、结束语

  高强混凝土表面微裂是一种常见的表面外观质量问题,虽对工程实体质量没有较大的问题,但从长远的角度来分析,对使用寿命和安全也有一定的影响。通过对现场C60混凝土立柱的实例进行分析,采用科学的态度,经过对裂纹产生的机理进行多次分析讨论,不断改进施工措施,彻底消除了混凝土微裂纹,框架柱的施工质量及外观达到一流水平,受到多次好评。


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