早期开裂（精选4篇）
早期开裂 篇1
1 概述
根据建设单位反馈的信息和笔者搜集的资料来看, 越来越多的工程实例表明现浇板的早期开裂一直是工程存在的普遍现象。以往采取的抗裂措施很多, 但由于没有真正揭示裂缝产生的成因机理, 问题并未得到很好解决。而我国现有规范、规程及各类参考书中尚无现浇板早期防裂的具体设计方法, 给设计人员带来了一定难度。人们迫切要求探明早龄期裂缝产生的机理, 并积极寻求能有效估测开裂风险的实用方法以及控制早龄期开裂的措施和途径。
2 现浇板早期裂缝研究
国内外对混凝土结构早期温度应力的研究相对较多, 取得了一定的研究成果。对于工业与民用建筑中的现浇板, 早期变形开裂的分析研究资料相对较少。从笔者收集到的文献资料来看, 国内对现浇板裂缝的相关文献一般根据经验分析, 总体来说理论水平不高, 低层次重复太多, 绝大多数研究成果都是针对某一具体工程实例定性的分析裂缝生成机理并提出相应的措施, 少数进行了试验研究与理论计算。
文献[1]针对混合结构房屋现浇板的裂缝问题, 分别进行试验研究和有限元分析来研究裂缝的成因和发展规律, 但假定条件较多, 参数选取也较为粗糙。文献[2]运用有限元软件对大面积现浇楼盖结构施工期和运行期结构在温度作用下的内力进行计算分析, 并在进行敏感性分析的基础上从结构设计、原材料及施工工艺等方面提出了相应的裂缝控制技术。但该文献仅对温差作用下的早期温度场和应力场进行计算分析, 未涉及早期收缩问题。
混凝土的温度收缩又称冷缩, 温度场和温度应力的计算方法很多, 但由于工程问题的复杂性, 要从基本方程及严格的边界条件求得温度应力和温度场精确的理论解, 在数学上是及其困难的, 因而通常采用数值方法求解。由于差分法求解温度应力场较为困难, 因此目前的混凝土结构的温度应力分析, 除个别工程采用差分法计算温度场外, 大多采用有限单元法来得到实用、等效的计算结果。但目前关于温度场的有限元计算中, 多数未考虑温度对水化反应速率的影响, 且一些重要的热学参数均取为常值, 致使无法反应结构温度场真实的发展变化, 这必然造成偏差。
混凝土的收缩变形是引起现浇板早期开裂的一个重要因素。对于中小体积特别是板式、梁式构件, 收缩变形通常是早期开裂的主要原因。关于混凝土早期收缩变形, 国内方面的试验研究相当有限, 大多基于试验的分析[3,4,5], 或者借鉴国外规范的经验公式和理论, 各国在钢筋混凝土结构设计规范中采用了许多收缩估算公式, 我国裂缝控制专家王铁梦在其专著中也给出了估算收缩的公式[6], 此外还有很多研究者根据各自研究提出的收缩公式。收缩估算公式虽然很多, 但是由于实际工程所处条件变化不定, 使得经验公式都带有一定的局限性, 而且随着建筑工程中高性能混凝土应用的日益普及, 这些经验公式的适用性值得斟酌, 需要新的试验资料来验证。
混凝土的徐变在混凝土的变形中起到了重要的作用。目前, 国际上对于描述和表达混凝土徐变的主要参数之一徐变系数的计算存在着不同的数学表达式, 如ACI209、CEB-FIP Model Code1990徐变系数计算公式, 以及我国混凝土收缩与徐变研究小组通过大量的试验分析数据得到徐变系数方程[7]等。在考虑徐变效应的温度收缩应力计算方面, 国内学者编制了有限元程序, 但主要用于桥梁结构和水工大坝结构计算, 在民用建筑上的应用则较少。
3 现浇板早期防裂设计方法研究
我国在混凝土现浇板方面已有大量的工程实践, 并从已建工程中取得了许多宝贵经验, 但主要成果 (形成规范的) 还是集中于荷载裂缝方面。对于现浇板早期变形裂缝 (包括温度、湿度和地基变形等因素引起的裂缝) 的防裂设计, 目前国内规范、规程乃至各种设计参考书中都很难找到这类结构公认的、完善的设计方法, 无章可循。工程设计人员试图寻求一种简便有效的计算方法, 来指导现混凝土结构现浇板的早期防裂设计。
目前对该问题的研究方法大致分为两类:一类是依据经验公式和修正系数进行计算分析, 计算过程简便, 易于工程实践。相关专家学者根据研究也提出了一些计算方法, 就计算方法的影响因素而言, 各个方法的考虑比较分散, 使得现有研究成果未能形成统一的标准或文件, 这给工程设计人员在实际应用中带来了一定的困难。
另一类是借助数值分析方法如有限单元法展开研究, 其结果虽较为精确但也存在一些不利的方面, 目前有限元方法还很难精确预测钢筋混凝土构件的早期裂缝。一些设计单位常利用结构分析软件 (ANSYS、PKPM等) 或采用自编有限元程序计算结构内力, 但应力计算在建筑结构中对配筋没有指导作用, 而且对于建筑构造及形式复杂的结构, 采用有限元计算有一定的难度, 因而这种应用推广不是很广泛。
4 结论
综上所述, 目前对这类结构的早期裂缝研究, 在分析方法、计算方法、设计方法上与问题的解决尚存在着一定差距。对现浇板产生早期裂缝的开裂机理做必要的理论研究工作, 探明早期变形裂缝发生、发展的规律以及防裂设计简化计算方法的更新完善, 就已成为目前急需解决的问题。这对于揭示现浇混凝土板早期开裂机理、提高混凝土现浇板结构设计水平、定量预测和控制工程结构的早期开裂问题, 具有重大的理论意义和工程实际应用价值。
参考文献
[1]郑宏宇, 苏益声, 邓志恒.混合结构房屋现浇楼板裂缝的试验研究与有限元分析[J].建筑结构学报, 2007, 28 (4) :97-103.[1]郑宏宇, 苏益声, 邓志恒.混合结构房屋现浇楼板裂缝的试验研究与有限元分析[J].建筑结构学报, 2007, 28 (4) :97-103.
[2]魏敏.大面积现浇楼盖结构裂缝机理及控制技术[D].南京:河海大学, 2004.[2]魏敏.大面积现浇楼盖结构裂缝机理及控制技术[D].南京:河海大学, 2004.
[3]安明哲, 覃维祖.高性能混凝土的自收缩问题[J].建筑材料学报, 2001 (2) .[3]安明哲, 覃维祖.高性能混凝土的自收缩问题[J].建筑材料学报, 2001 (2) .
[4]覃维祖.混凝土的收缩、开裂及其评价与防治[J].混凝土, 2001 (7) .[4]覃维祖.混凝土的收缩、开裂及其评价与防治[J].混凝土, 2001 (7) .
[5]张涛, 覃维祖.约束程度与混凝土早期开裂敏感性评价[J].工业建筑, 2006, 36 (3) :47-50.[5]张涛, 覃维祖.约束程度与混凝土早期开裂敏感性评价[J].工业建筑, 2006, 36 (3) :47-50.
[6]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997:13-273.[6]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997:13-273.
[7]武俊燕.超长混凝土结构的间接内力和裂缝控制研究[D].南京:东南大学, 2006.[7]武俊燕.超长混凝土结构的间接内力和裂缝控制研究[D].南京:东南大学, 2006.
硅灰混凝土早期收缩开裂研究 篇2
关键词：混凝土,硅灰,水灰比,早期收缩开裂
混凝土的早期开裂既影响建筑物美观, 且早期抗裂性差的混凝土后期更易开裂, 早期的裂缝会损伤混凝土, 是后期有害介质侵入混凝土的通道[1]。混凝土的早期开裂, 已成为影响其综合性能的重要因素[2]。采取有效措施来抵抗混凝土早期开裂是混凝土探究的热点问题之一[3]。
本文采用平板约束的试验方法从3d开裂总面积、初裂时间、裂缝宽度随龄期的变化三个指标来进行分析比较, 探究硅灰掺量、水灰比对混凝土早期收缩开裂的影响。
1 试验配合比及方法
本试验用水泥为P·O42.5 普通硅酸盐水泥, 符合国家标准[4]。粗集料为石灰石碎石, 粒径为10~20mm, 细集料为天然河砂, 细度模数为2.4, 砂率为0.35。试验选用的硅灰Si O2的含量为94%, 采用聚羧酸高效减水剂。试验配合比见下表。
试验装置四边为具有一定刚度的焊接钢板, 尺寸为600mm×600mm×50mm。每边分别焊接上、中、下三排一定尺寸的短螺纹钢筋, 上、下钢筋齿的尺寸为φ6.5×65mm, 中间钢筋的尺寸为φ8×80 mm, 间距为60mm。混凝土发生早期收缩, 会受钢筋齿约束。
试验流程:将配制好的混凝土装入此装置后振动, 待表面光滑后用塑料薄膜将试件包裹, 2h后去掉薄膜并在试件上方装恒定转速小风扇, 观察试件表面。记录每个混凝土板上裂缝的初裂时间、24h板上每条裂缝的宽度、72h板上每条裂缝的长度及宽度。
试件浇筑24h后用裂缝测宽仪读取裂缝宽度, 测定1d裂缝最大宽度值;72h后用铅笔画出平板上每条裂缝扩展趋势, 用直尺量取裂缝两端点之间的直线距离, 当裂缝出现明弯折, 以折线长度之和记录裂缝的长度, 用裂缝测宽仪测量每条裂缝的最大宽度进行比较。
2 试验结果
初裂时间反映混凝土收缩约束产生的拉应力大于其极限抗拉强度的程度。开裂面积是体现混凝土收缩产生的拉应力与其抗拉强度之间的平衡度。裂缝总条数和裂缝总长度随机性高且不稳定, 故在评价混凝土早期收缩开裂时开裂面积为主要指标, 初裂时间和最大裂缝宽度为辅助指标, 而3d裂缝总数目和裂缝总长度作为参考。试验结果见下表。
由上表可知, 水灰比相同的A系列, 随硅灰掺量提高, 初裂时间提前;C系列, 随硅灰掺量提高混凝土抗开裂能力减弱。对于A系列, 掺加硅灰的混凝土3d开裂总面积均大于基准混凝土, 且混凝土开裂总面积随硅灰掺量提高而增大;对C系列同样如此。另, 随水灰比减小, 混凝土开裂面积增大, 水灰比从0.32降为0.30时, 开裂面积增长明显, 提高6.86倍。对于A系列和C系列混凝土, 1d和3d最大缝宽均大于基准混凝土, 随硅灰掺量增加, 最大缝宽增大。另, 随水灰比的降低, 混凝土同龄期最大缝宽明显增大。
随水灰比降低, 混凝土3d开裂总面积、最大缝宽随龄期变化情况呈增大趋势, 初裂时间提前。说明水灰比越低混凝土越易开裂。因为水灰比降低使混凝土结构中自由水减少, 自内结构向表面迁移用以补充表面蒸发的自由水减少, 早期开裂增强。相同养护条件下, 混凝土早期自收缩增大, 也是加剧早期开裂因素。由A、C两系列的混凝土3d开裂总面积可知, 水灰比是影响混凝土早期开裂重要因素。
随硅灰掺量增加, 混凝土的3d开裂面积增大, 最大缝宽增大, 初裂时间提前, 说明硅灰的掺入会加剧混凝土的早期收缩开裂。硅灰混凝土的早期收缩大, 弹性模量高, 混凝土收缩约束时, 产生较大的拉应力, 而混凝土的拉伸徐变低, 应力松弛小, 减小混凝土早期延性。另, 水灰比的降低会增加混凝土的脆性。
水灰比0.28时, 硅灰掺量9%的A4混凝土其3d开裂总面积略大于基准混凝土A1, 而硅灰掺量6%、12%的A3、A5开裂总面积明显大于A1, 即硅灰掺量为9%时, 混凝土的抗裂性最好。这是由于虽然硅灰混凝土早期水化程度高, 产生较大自收缩, 但掺入硅灰会减少细观结构薄弱点, 改善胶凝材料与粗骨料界面过渡区的微结构。而C系列里随硅灰掺量增大, 开裂面积增大。
3 结论
试验以硅灰掺量、水灰比为变量验证了其对混凝土开裂的影响, 得出结论:水灰比减小, 明显增加混凝土早期收缩开裂, 使混凝土更易发生开裂;混凝土的早期开裂随硅灰掺量的提高而增加, 对早期开裂不利;当水灰比0.28, 硅灰掺量9%时的混凝土较基准混凝土略增长, 即硅灰的掺入会增加混凝土早期收缩开裂, 但这种不利影响不是随硅灰掺量的增加单调增长;当硅灰掺量为12%时, 其早期开裂能力较低掺量硅灰混凝土明显增强, 故硅灰的最佳掺量为9%。
参考文献
[1]张艳玲等.混凝土早期开裂因素的初探[J].混凝土, 2005.
[2]赵晶等.混杂纤维对混凝土早期开裂性能的影响[J].哈尔滨工业大学学报, 2007.
[3]张树青等.混凝土早期抗裂性与强度的关系[J].混凝土与水泥制品, 2003.
早期开裂 篇3
据统计, 直接荷载导致的裂缝占20%, 间接荷载裂缝占80%。间接荷载裂缝包括混凝土收缩、膨胀、徐变和不均匀沉降所产生的裂缝, 直接荷载裂缝和基层不均匀沉降主要是结构工程师考虑的问题, 而混凝土收缩引起的裂缝则主要是混凝土材料本身和施工技术人员需要解决的问题。本文结合了马巷至新圩道路工程实际案例, 对路面早期开裂原因进行总结分析, 并提出相应的解决对策。
2 工程概况
马巷至新圩道路水泥混凝土施工路段长5.2公里, 设计路面宽度双幅22m, 双向6车道。单幅路面宽度11m, 其中7.5m宽采用滑模摊铺机施工 (原先路面宽设计单幅7m, 后来进行投资规模调整) , 3.5m宽的路面采用三辊轴施工。在施工过程中, 采用三辊轴施工作业的3.5m宽路面没发现任何水泥裂缝, 而采用滑模摊铺机施工的路面在实验路段上发现较多的早期路面裂缝, 有的缝宽达3～5mm之多。
3 早期裂缝产生的原因
3.1 混凝土的收缩变形 (材料本身)
3.1.1 水泥
水泥水化后, 引起固相体积增加, 这是因为水化反应前后的平均密度不同。查询资料显示, 水泥中的C3A含量越大, 水泥的收缩就越大, 因为铝酸三钙在水化时需要大量的水, 养护过程中膨胀值很大, 干燥时收缩也就很大。另外, 水泥的比表面积越大, 水泥的收缩就越大。所以混凝土材料中的水泥本身引起的化学减缩是混凝土收缩变形的因素之一。
3.1.2 混合料中的水
由于滑模摊铺机施工的水泥路面一般采用12T的自卸汽车运输, 与人工施工混凝土路面采用的水泥泵车运输方式不同。因此, 在滑模摊铺机路面铺筑的混凝土材料运输上, 自卸汽车运输本身就是一大缺陷, 因为运输过程中水分容易蒸发, 如果汽车本身的车厢底部不够密封, 水泥浆及水分在运输过程中损失很大, 造成混合料失水严重。所以, 混合料中水分的大量散失容易引起路面表面的干缩裂缝。据资料统计, 每100g水泥浆中含可蒸发的水约6ml, 当混凝土水泥用量为350kg/m3, 在干燥条件下, 可蒸发水量达21L/m3, 使混凝土的干缩值达0.04%～0.06%。
3.1.3 混合料中的水灰比
马新路设计滑模摊铺的混凝土的水灰比为0.41。大家知道水灰比对干缩值的影响很大, 当用水量增加到一定的百分数, 即水灰比过大时, 干缩值呈成倍的增加。因此, 在施工过程中, 在停机待料时, 发现有工人对着摊铺机底板边的混合料中直接用水管喷水, 造成局部混合料的水灰比过大, 产生干缩裂缝。
3.1.4 混合料级配问题
集料粒径大小和级配也与干缩值有密切关系。当使用偏细砂时, 会使混凝土收缩值增大;集料的含泥量偏大时, 也同样会使混凝土收缩量增大。
3.1.5 混凝土表面的干缩开裂
在马新路施工期间, 正值10月期间, 白天温度还保持在36°以上, 所以施工的时间基本都选在傍晚开始作业, 但为什么还是有极个别地段出现了裂缝呢?那是因为混凝土表面没有及时覆盖, 受风吹日晒, 表面游离水蒸发过快, 产生急剧的体积收缩, 而此时混凝土的强度很低, 还不能抵抗这种变形应力而导致开裂。
3.1.6 锯缝的时间控制
未规范要求切缝, 切缝不及时或因切缝深度不够, 导致混凝土收缩产生的实际拉应力大于混凝土的容许值, 而在切缝附近开裂。不排除工人偷懒的人为因素。
3.2 沉降收缩裂缝的原因
一般认为以下几种原因是造成沉降收缩的主要因素: (1) 由于混凝土中的水泥、石子、砂、水等的容重不同导致混凝土产生沉降收缩; (2) 施工坍落度控制不当, 随意的加水、振捣时间过长等因素造成; (3) 还有一种状况多在路面上的雨污水井盖周边出现。这是由于混凝凝土浇筑后, 在凝结过程中会产生下沉和泌水, 下沉量约为浇筑高度的1%。当下沉受到钢筋或在雨污水井周边混凝土或被约束沉降, 在混凝土开始收缩时, 会因为抗拉强度不足而产生裂缝。这里排除了路面基层不均匀沉降的可能, 因为全段路基填筑质量较好, 路面基层采用摊铺机铺筑, 平整度较好。
3.3 滑模摊铺机造成的横向拉裂 (机器操作问题)
摊铺机在正常作业时, 如果发现底板后成型的水泥路面立刻出现横向的裂缝, 则可能是因为滑模摊铺机操作不当引起的, 应从以下方面进行检查。
3.3.1 检查混凝土拌合物的适宜性
拌合物太过干硬, 摊铺机速度过快, 导致振捣不充分, 出现混凝土未振动液化而拉裂。应立即进行调整铺筑速度, 提高振捣频率。
3.3.2 检查摊铺机的作业参数
应着重检查摊铺机的挤压底板和前仰角设置是否变化。当成前仰角过大时, 成型的路面很可能被拉裂。
3.3.3 在摊铺机停机待料与起步摊铺时
停机待料时积下的拌合料较干硬, 起步时又摊铺速度过快, 也可能拉裂路面。
4 关于外加剂与混凝土的体积稳定性及适应性对裂缝影响的分析
4.1 适应性问题
外加剂应用于混凝土中以来, 外加剂与水泥的适应性问题就一直伴随至今。特别是减水剂、高效减水剂在工程中与水泥的适应性问题最为突出。比如经常出现的就是拌合物流动性差、产生严重的泌水、坍落度损失过快等, 造成混凝土不正常凝结及产生裂缝等问题。据资料显示, 影响外加剂与水泥适应性的原因比较复杂, 主要有水泥的矿组成、水泥颗粒级配、含碱量、水泥细度、调凝剂等。当采用矿渣粉代替部分水泥后, 可起到提高浆体初始流动度, 减少流动度损失的良好效果。但如果使用二级标准都达不到的粉煤灰, 混凝土的流动性和坍落度的损失则会加大。所以水泥的混合材料经常变化, 使得混凝土外加剂无所适从, 给水泥的使用单位带来了诸多不便。因此, 针对适应性问题总结分析就是:流动性差、严重泌水、坍落度损失大会导致水泥混凝土凝结时间发生异常。第一, 不好准确控制切割横缝时间, 增加裂缝随意发展的机会;第二, 加大干缩裂缝的发生机率。
4.2 外加剂与混凝土的体积稳定性问题
不可否认, 混凝土中出现的早期裂缝问题, 与某些外加剂增加了混凝土的收缩有一定的关系。所以应加强研究外加剂与混凝土的体积稳定性之间的问题, 以及如何消除和避免一部分外加剂对混凝土体积稳定性的负面影响, 减少混凝土裂缝的产生。笔者认为应遵循以下思路进行分析:首先应确定外加剂的适用性范围, 再进行掺外加剂混凝土的配合比优化设计, 最后总结经验, 甚至建议业界对外加剂进行更新换代。目前, 我们能做的就是尽量找寻消除混凝土内部不利因素的方法。 (1) 选择使用优质的引气剂; (2) 降低混凝土的黏稠度并适当调整混凝土的水灰比、砂率和胶结材料的用量; (3) 控制新拌混凝土的和易性, 如果发现严重泌水, 则严格控制振捣时间, 适时进行复振, 但这对于滑模摊铺机作业的路面还较难操控。
5 应对早期裂缝的对策
根据马新路道路工程滑模摊铺机铺筑的试验段情况进行初步分析, 早期裂缝原因不在于路基或基层不均匀沉降而引起的裂缝问题, 排除了混凝土拌合料由于搅拌时间不充足引起的混合料离析的原因。而主要原因在于混合料本身以及因人为管理、操作机械不当引起的问题, 属于可控因素。具体解决对策如下:
5.1 材料方面
⑴加强材料选择与管理, 在水泥选择方面, 尽量选择收缩率较小、早期强度较高、耐磨性强、安定性好的水泥。严格控制水泥的细度模数 (一般细度不得超过10%) , 铁铝酸四钙含量不得小于16%。在配置施工混凝土配合比时, 严格控制水灰比及水泥用量, 选择级配较好的石子, 较少孔隙率和砂率, 控制好石子的含泥量。宜选择细度模数为2.5～3.2范围的中偏粗砂。
⑵养生时尽量选择喷洒乳液养生剂, 将混凝土表面与外界形成保护膜, 这样可以防止水分蒸发过快。
5.2 管理方面
⑴运输拌合物的车辆要加强管理, 确保车料斗不漏浆, 顶棚要覆盖薄膜, 尽量减少混合料水分的缺失。
⑵加强混合料坍落度的检验, 根据后场摊铺时混凝土的和易性以及流动性, 及时调整施工配合比。
⑶当停机待料使混合料过于干硬时, 应使用喷雾器喷淋水雾, 不得直接采用水管向混合料洒水。有条件时可加强用喷雾器向铺筑后的混凝土空中喷淋水雾, 加大空气湿度, 保持混凝土表面处于湿润状态。
⑷在路面成型后, 待混凝土有一定强度时喷洒乳液养护剂后, 铺盖湿布进行覆盖养生, 保持混凝土终凝前表面湿润, 在高温强风时加强洒水养护。
⑸要及时锯切水泥板横缝。缝深必须严格达到设计的深度, 在缩裂产生前及早形成弱断面, 诱导裂缝在横缝出展开。
⑹合理选择滑模作业时间, 避开中午高温天气, 选择傍晚或晚上作业, 有利于水泥在水解固化反应时热量及时扩散。
5.3 机械操控方面
⑴尽量安排技术过硬的机手上机操控摊铺机, 上机前调控好摊铺机的作业参数, 调整好挤压底板及前仰角的设置参数。
⑵根据混凝土拌合料的坍落度实验数据, 调整好适宜的摊铺机铺筑速度及振捣频率, 避免弱振或强振, 影响混凝土密实度的均匀性。一般情况下, 在平竖曲线路段上摊铺时应放慢速度, 速度控制在0.8m左右, 弯道半径越小, 坡度越大, 摊铺的速度也越慢, 以保证混凝土拌合料能够振捣密实, 避免断板的产生。
6 个人感想
笔者认为:针对上述裂缝原因的分析, 在试验段铺筑后, 通过加强原材料的自检以及加强技术交底, 加强现场作业管理, 早期裂缝的发生大大较少, 但还存在。因此可以说虽然滑模摊铺机铺筑的混凝土路面早期裂缝开裂的随机性很大, 但也并非无规律可循。长期以来, 人们一直希望对裂缝可以做一些计算性的预测或找出规律用公式表达裂缝的宽度和发生裂缝的时间, 但是随着混凝土材料的组成向复杂化、多元化方向发展, 给这些预测带来更多不确定因素, 也增大了预测的难度与准确性。从材料的角度看, 解决混凝土早期收缩开裂的科学途径在于如何优化配合比, 对其中的一些问题, 也只能用测试混凝土收缩值或通过实验模型进行测试来评价, 是比较行之有效的办法。人为的影响因素也只能通过不断地提高管理水平和加强个人本身的学习, 迟早都能做到有效地避免人为影响。
7 结束语
文章主要对滑模摊铺水泥混凝土路面施工过程裂缝产生的原因进行了分析以及寻求控制方法。通过数年来的实际应用表明, 大型滑模摊铺水泥混凝土路面的施工可以采用上述控制方法, 充分展现出滑模摊铺施工水泥混凝土路面施工的优越性及先进的技术水平。●
摘要：随着我国经济迅速发展, 道路建设规模日趋扩大, 水泥滑模摊铺施工技术被越来越多地应用到公路水泥路面施工领域。尽管在设计、施工过程中采取了各种各样的措施, 施工人员也小心谨慎, 在实际工程中, 混凝土仍时有裂缝产生。就滑模摊铺水泥混凝土路面早期开裂原因进行分析, 并提出相应的对策, 以供同行参考。
关键词：水泥混凝土,裂缝产生,对策
参考文献
[1]赵顺增, 游宝坤.补偿收缩混凝土裂渗控制技术及其应用.北京:中国建筑工业出版社, 2010.10
[2]涂慕溪, 林国仁, 胡昌斌.福建省公路水泥混凝土路面.北京:人民交通出版社, 2010.1
[3]傅智, 李红.《公路水泥混凝土路面施工技术规范》问答.北京:人民交通出版社, 2007.3
早期开裂 篇4
我国是世界上最大的水稻种植国家之一, 据统计, 2009年全国和宁夏稻谷产量分别为19 550万t、64.6万t, 按照稻壳一般占稻谷质量的20%计算, 全国年产稻壳约3 910万t和宁夏年产13万t, 稻壳资源十分丰富。尽管稻壳有许多实际的或潜在的工业用途, 但目前在大多数碾米企业中, 都是自然堆放或焚烧, 既占用土地资源, 又污染周边环境;同时存在潜在的火灾隐患, 是环保部门和稻米加工企业面临的难题之一。研究发现在600℃以下进行控制焚烧得到的低温稻壳灰是由纳米尺度的SiO2凝胶粒子 (约50nm) 疏松地粘聚而成[1]。因此在胶凝材料中引入的纳米级稻壳灰不仅可以发挥物理填充效应 (微颗粒效应) , 改善胶凝材料系统的颗粒粒径分布, 使系统的颗粒堆积更紧密合理;而且其高化学活性促进二次水化反应, 增加凝胶体数量并使水化产物在整个界面过渡层内分布趋于均匀, 从而提高混凝土性能。在亟待解决混凝土耐久性的今天, 充分利用纳米级的低温稻壳灰, 从结构上改善混凝土抗冻性能不失为一种良策。
因此, 本课题探索利用具有优异特性的纳米稻壳灰和作为工业废弃物的煤矸石改性混凝土, 增强混凝土强度和提高混凝土抗冻性能, 期望能够推动稻壳灰和煤矸石资源的开发和利用。
1 试验材料和试验方法
1.1 试验材料
(1) 水泥:采用宁夏赛马水泥厂生产的42.5MPa普通硅酸盐水泥, 经检测满足国家标准的要求。
(2) 骨料:采用宁夏镇北堡产山砂, 细度模数3.0的中砂, 表观密度2.60g/cm3, 堆积密度1.50 g/cm3, 含泥量1.5%;人工碎石, 粒径5～20mm, 连续级配, 压碎指标6.5%。
(3) 煤矸石:宁夏石嘴山石炭井自燃煤矸石, 其密度为2.71g/cm3, 比表面积为560m2/g, 化学成分详见表1;
(4) 稻壳灰:湖南弋阳县恒隆保温材料有限公司产无碳白稻壳灰, 化学成分详见表1;
(5) 减水剂:采用北京慕湖生产的FDN高浓型萘系高效减水剂。
(6) 水:拌和水、养护水均为自来水, 满足规范对水品质的要求。
1.2 试验方法
混凝土水胶比0.35和0.4, 纳米稻壳灰按1%, 2%和3% (质量分数) , 煤矸石按20%和25% (质量分数) 等量取代水泥, 掺加高效减水剂使混凝土坍落度保持在60～100mm之间, 混凝土配合比详见表2所示。
混凝土的拌和、成型养护、抗压强度试验方法依据《普通混凝土力学性能试验方法》 (GB/T50081—2002) 的规定实施, 采用100mm×100mm×100mm的模型, 试件标准养护龄期为28d。
混凝土抗裂性能试验采用平板法的要求研究混凝土的抗裂性。通过模具边框中双排栓钉对混凝土形成约束, 通过底部表面粗糙的钢板与混凝土的直接粘结形成底部约束。
2 试验结果
2.1 掺合料对混凝土抗压强度的影响
混凝土抗压强度试验结果详见表2所示。
稻壳灰和煤矸石单掺对混凝土抗压强度的影响详见图1。稻壳灰掺量的增加, 混凝土28d抗压强度增加。水胶比为0.4时, D1组、D2组和D3组28d抗压强度较JZ1组提高6.8%、16.7和15.1%;128d抗压强度较JZ1组提高7.9%、15.2和19.3%。从经济性的角度, 稻壳灰掺量2%时最优。
随着煤矸石的掺加, 混凝土28d抗压强度有降低的趋势, 但长期强度与基准组混凝土相差不多。水胶比为0.4, 28d龄期时, M1组和M2组强度较JZ组降低2.9%和6.4%;128d龄期时, M1组和M2组强度较JZ组增加2.9%和1.0%。产生这种现象的主要原因是由于前28d时煤矸石的“二次水化反应”的效果还没有充分发挥, 随着时间的增长煤矸石的活性逐步显现的缘故。
稻壳灰和煤矸石复掺时对混凝土强度的影响详见图2。水胶比为0.4, 28d龄期时, DM1组和DM3组强度较JZ组提高8.9%和4.2%;128d龄期时, DM1组和DM3组强度较JZ组提高7.2%和9.2%。28d龄期时, DM2组和DM4组强度较JZ组提高12.5%和4.9%;128d龄期时, DM1组和DM3组强度较JZ组提高5.2%和12.1%。因此稻壳灰掺量为2%时, 煤矸石的掺量不能超过25%, 稻壳灰和煤矸石复合掺加, 混凝土28d和128抗压强度增加。
2.2 混凝土早期开裂试验
混凝土早期开裂试验结果详见表3。
掺加20%煤矸石时, M1组混凝土开裂时间较JZ1组混凝土延长103%, 最大裂缝宽度减小55%, 单位面积混凝土内裂缝面积减少45%。掺加2%的稻壳灰时, D1组混凝土开裂时间较JZ1组混凝土缩短25%, 最大裂缝宽度增大60%, 单位面积混凝土内裂缝面积增大43%。稻壳灰和煤矸石复掺时, DM1组混凝土开裂时间较JZ1组混凝土延长65%, 最大裂缝宽度减小25%, 单位面积混凝土内裂缝面积减少33%。
3 机理分析
纳米稻壳灰的颗粒非常微小 (达到纳米级) , 一方面在水泥中表现为填充作用、级配调节作用和调节水化产物分布的“晶核作用”, 提高固体颗粒混合物体系的密实度, 有效地降低水泥凝胶体的孔隙率 (详见图3和图4) [2,3,4]。另一方面稻壳灰中的纳米SiO2颗粒粒径微小, 其比表面积和表面原子数急剧增加, 具有较高的活性, 很容易与混凝土中的Ca (OH) 2发生二次水化反应, 生成产生强度的水化硅酸钙。这样在水泥硬化浆体原有网络结构的基础上又建立了一个新的网络, 它是以超微细颗粒为网络的结点, 并键合成三维网络结构, 改善了水泥石的微观及亚微观结构, 可大大地提高水泥硬化浆体的力学性能[5,6,7,8]。但是在提高强度的同时由于水化反应的速度较快, 混凝土早期自生收缩较大, 在自生收缩和干燥收缩的共同作用下, 混凝土的早期开裂严重。
煤矸石本身没有或极少有火山灰活性, 但其粉末状态在有水存在时, 所含的SiO2能与Ca (OH) 2在常温下发生化学反应, 生成具有胶凝性的组分水化硅酸钙 (二次水化反应) , 同时这些反应产物填充硬化水泥石的过渡层及混凝土空隙, 改善了微观结构, 提高了混凝土性能, 但由于时间较短, 其活性没有完全发挥。
4 结论
(1) 煤矸石掺量的增加, 混凝土28d抗压强度有降低的趋势, 最佳掺量为20%。
(2) 稻壳灰掺量的增加, 混凝土28d抗压强度增加。水胶比为0.4, 28d龄期时, D1组、D2组和D3组抗压强度较JZ1组提高6.8%、16.7%和15.1%, 掺量2%时最优。
(3) 稻壳灰加剧了混凝土的早期开裂, 煤矸石有助于减轻混凝土的早期开裂危害。
参考文献
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