大面积薄层混凝土裂缝成因分析及控制措施

2011-03-12付海峰王新刚

中国港湾建设 2011年1期

付海峰，王新刚

（1.天津港地产发展有限公司，天津300402；2.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津300222）

1 工程概况

大面积薄层混凝土出现裂缝是一种常见的质量通病，如果裂缝过多、过大会影响正常的生产使用，增加维修费用和降低耐久性。天津某物流加工区部分仓库地面混凝土在浇筑后均出现不同程度的裂缝，其中A库、J库裂缝示意图如图1和图2所示，裂缝主要为龟裂、网状裂缝和规则裂缝3种类型。

图1 A库裂缝示意图

图2 J库裂缝示意图

裂缝出现时间：A库面层混凝土浇注10 d后出现裂缝；J库面层混凝土浇注16 d后出现裂缝。

2 仓库面层混凝土裂缝产生原因分析

通常，当混凝土结构产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度，或产生的变形超过了混凝土所允许的极限变形时，结构就会产生裂缝。通过对A库和J库面层混凝土裂缝情况的现场调研、分析认为裂缝的产生主要是由温度和收缩引起，下面分别计算由温度变化和收缩引起的应力。

2.1 温度应力的计算

为了分析由水泥水化热引起的温度应力情况，本文采用有限元软件以仓库面层混凝土的实体尺寸建立分析模型如图3所示。

图3 仓库面层混凝土有限元模型

经计算，仓库面层混凝土表面应力及中心温度应力变化情况如图4所示。由图4的计算结果可以看出，由温度变化引起的应力均小于容许拉应力，因此由温度应力单独作用，仓库面层混凝土产生裂缝的可能性较小。

图4 仓库面层混凝土表面和中心温度应力

2.2 收缩应力计算

本工程仓库面层混凝土的配筋率较低，因此混凝土的收缩应变采用如下计算公式[1]：

式中：εy（t）为任意时间的收缩应变；t为时间，d；M1，M2，…Mn为考虑各种非标准条件的修正系数。

由于混凝土应力的数值与弹性模量成正比，因此弹性模量计算精度直接影响到应力计算结果的精度，本文弹性模量计算公式采用复合指数式[2]：

式中：τ为龄期；E0为τ→∞时的最终弹性模量；a，b为常数。

由于混凝土的徐变性质，其应力值随时间的增加而下降，即：

式中：σx*（t，τ）为随时间的增加而降低的松弛应力；σx（τ）弹性应力；H（t，τ）为应力松弛系数[1]。

由收缩引起的应力计算结果如表1所列。

表1 仓库面层混凝土收缩应力

将温度应力和收缩应力迭加，温度、收缩应力和混凝土抗拉强度比较见表2。

表2 仓库面层混凝土温度、收缩应力及抗拉强度

由上述计算结果可见，温度应力和收缩应力之和在10 d左右开始大于混凝土的抗拉强度，与仓库面层混凝土出现裂缝的时间基本一致。

3 仓库面层混凝土裂缝控制技术措施

3.1 改进混凝土配合比及优选原材料

混凝土配合比设计应在保证强度、耐久性及施工要求的前提下降低水化热，减小混凝土的绝热温升，从原材料优选和配合比参数优化入手，选择好混凝土各种基本组成材料。同时，还应考虑控制面层混凝土裂缝的因素及经济合理性。

水泥应优先选用水化热较低的中热或低热水泥，有条件时应进行水泥水化热试验，来获得水化放热规律。大体积混凝土所用的水泥更多的是矿渣水泥和粉煤灰水泥。但据以往工程实践，采用矿渣水泥易引起混凝土拌合物的泌水，和易性不良，对施工带来很多不便。因此，本工程采用粉煤灰水泥进行混凝土配制。

细集料采用优质的中砂，细度模数宜在2.7～3.0范围内。粗集料选用级配良好且线膨胀系数小的花岗岩碎石。粗细集料的含泥量应尽量少，控制在1%～1.5%。

尽量降低水泥用量和水灰比，水泥用量宜控制在260 kg/m3左右，水灰比宜控制在0.45以下，掺加高效缓凝型减水剂。混凝土的浇筑坍落度宜选用30～50mm。

为避免或减少塑性收缩裂缝的产生，应掺聚丙烯纤维，掺量为1 kg/m3。

3.2 降低浇筑温度

尽量降低浇筑温度，特别是在炎热的季节，应控制混凝土原材料的温度，如可将砂石料场遮阳浇水冷却来降低温度，同时可向拌和水中加冰降温。另外要特别注意水泥温度应控制在50℃以下，若超过50℃必须采取降温措施后再使用。在混凝士的运输过程中尽可能连续、缩短运输及停留时间，减少运输过程中的吸热。尽可能将混凝土浇筑安排在夜间施工。一般来说，在冬季施工时，入模温度容易控制，但必须注意保温，特别是初凝期注意混凝土表面防冻。