彩色混凝土中产生裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化,彩色混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理,原材料不合格(如碱骨料反应),模板变形,基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,微硅粉在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。
裂缝分析
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:
(1)早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段的两个特征,一是水泥放出大量的水化热,二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化,这一时期在混凝土内形成残余应力。
(2)中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止,这个时期中,温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起,这些应力与早期形成的残余应力相叠加,在此期间混凝上的弹性模量变化不大。
(3)晚期:混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起,这些应力与前两种的残余应力相迭加。
根据温度应力引起的原因可分为两类:
(1)自生应力:边界上没有任何约束或完全静止的结构,如果内部温度是非线性分布的,由于结构本身互相约束而出现的温度应力。
(2)约束应力:结构的全部或部分边界受到外界的约束,不能自由变形而引起的应力。
防止裂缝的措施
为了防止裂缝,减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施如下:
(1)采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;
(2)拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;
(3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热;
(4)混凝土浇筑过程中严格控制水灰比及混凝土坍落度,尽量减少自由水,避免由于天气炎热、大风原因造成混凝土表面失水过快引起的混凝土表面裂缝,在施工过程中应采取相应的覆盖养护措施加以控制。
(5)在混凝土浇筑完毕后,严格控制现浇板荷载最初堆放时间、位置和数量,保证混凝土达到1.2KN/㎡,同时应避免集中荷载堆放和堆放过多引起的混凝土裂缝。
(6)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施;改善约束条件的措施是:
①合理地分缝分块;
②避免基础过大起伏;
③合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露;此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。1、微硅粉建议同高效减水剂结合使用:
在混凝土中掺入微硅粉,必须同时掺入高效减水剂,才能保障混凝土必需的流动性和硅粉对混凝土的增强作用。但应特别注意高效减水剂与混凝土中其它材料的适应性。因此,必须结合工程特点和拟用原材料的性质,通过试拌混凝土实验确定硅粉、外加剂和其它胶凝材料的掺量及相应的相对最佳混凝土配合比。另外,高效减水剂加入低水灰比的微硅粉混凝土,当微硅粉掺量较大或环境温度较高时,混凝土的坍落度损失会加快。因此,对运输距离较长或采用泵送混凝土施工的微硅粉混凝土,应控制微硅粉掺量或添加缓凝剂。
2、微硅粉的适宜掺量:
当微硅粉掺量显著增加时,微硅粉对混凝土的强度贡献率下降(也称效率指数下降)。有实验表明,当微硅粉取代水泥大于20%时,其效率指数显著降低;当大于30%时,混凝土的强度反而下降,混凝土出现塑性开裂和早期收缩裂缝的风险加大,并且,当微硅粉掺量过高时,新拌混凝土变得非常黏稠,施工振实难度也增大。由于微硅粉产量有限,微硅粉掺量加大,还会增加混凝土的成本。因此,在实际工程中,混凝土中硅粉掺量一般为5%—15%。
3、微硅粉混凝土的养护:
工程实践表明,千方百计控制微硅粉混凝土裂缝是微硅粉混凝土施工的关键。为此,微硅粉混凝土的养护要比普通混凝土提前。混凝土浇筑完毕后终凝前,必须立即用喷雾方法来减少水分蒸发或采用塑料薄膜覆盖或喷洒混凝土养护剂养护,保持混凝土表面湿润,但不宜出现水流和可见水滴:混凝土终凝后,应继续覆盖塑料薄膜或喷洒养护剂或在表面覆盖湿透的草袋并洒水养护,使混凝土始终处于潮湿状态,养护时间宜不少于28d。南京水利科学研究院林宝玉,吴绍章曾研究了减少硅粉混凝土塑性开裂和早期干缩的措施。
4、微硅粉混凝土的拌和与运输:
高等级微硅粉混凝土很黏稠,拌和时应采用强制式拌和机,搅拌时间应比普通混凝土延长30~60s:从拌合机出料后,应尽量缩短运输时间,及时入仓摊铺、振捣,努力减少坍落度损失。
湿养护时间、将微硅粉制成浆剂、掺用膨胀剂、保水剂等。这些措施应用于工程后,均产生了很好的效果。 微硅粉掺入水泥混凝土后能很好的填充于水泥颗粒空隙之中,使浆体更微密,另外它还与游离的Ca(OH)结合,形成稳定的碳酸钙水化合物2CaO.Si02.H2O,该水合物凝胶强度高于Ca(OH)2晶体,主要表现在:
★ 增加强度:使混凝土抗压、抗折、强度大大增加,掺入5-10%的微硅粉,抗压强度可提高10-30%,抗折强度提高10%以上。
★ 增加致密度:抗渗性能提高5-18倍,抗化能力提高4倍以上。
★ 抗冻性:微硅粉在经过300-500次快速冻结循环,相对弹性模量降低10-20%,而普通混凝土通过25-50次循环,相对弹性模量降低为30-73%。
★ 早强性:微硅粉使混凝土诱导期缩短,具有早强的特性。
★ 抗冲磨、抗空蚀性:微硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力提高0.5-2.5倍,抗空蚀能力提高3-16倍。