鋼筋混凝土片筏基礎(chǔ)施工溫度裂縫控制

摘要:建筑工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，水泥水化過程中會(huì)釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用，而導(dǎo)致鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫。本文主要針對(duì)此進(jìn)行分析溫度裂縫形成原因、控制裂縫計(jì)算以及質(zhì)量保證措施加以闡述。

關(guān)鍵詞:溫度裂縫裂縫控制計(jì)算 裂縫防治

一、工程概況

本工程位于江蘇沛縣某電廠內(nèi)，由三個(gè)內(nèi)徑為20m、高33.3m、壁厚為0.4m的筒倉基礎(chǔ)相連構(gòu)成。鋼筋混凝土澆筑厚度為1.6m，基礎(chǔ)鋼筋混凝土工程量約為1600m3。由于本工程基礎(chǔ)混凝土體積較大，在施工過程中采取了事前質(zhì)量控制、事中質(zhì)量控制、事后質(zhì)量控制來保證大體積混凝土的施工質(zhì)量。本章僅就采用商品混凝土產(chǎn)生的溫度裂縫的成因分析、混凝土澆筑前的裂縫控制計(jì)算及質(zhì)量控制措施加以重點(diǎn)闡述。

二、混凝土澆筑方案

本工程筏板基礎(chǔ)混凝土體積較大，為了保證結(jié)構(gòu)安全性，要求混凝土連續(xù)澆筑，一次成活。

a確定合理的澆筑方向:本工程分三層澆筑一次成型的施工方法，三層混凝土澆筑厚度分別為500㎜、600㎜、500㎜，合理控制分層之間的時(shí)間間隔在混凝土初凝前.

b為加快進(jìn)度，在現(xiàn)場集中攪拌站，利用混凝土輸送泵直接將混凝土輸送到基坑內(nèi)澆筑，另外利用塔吊配合混凝土澆筑施工.

c混凝土澆筑采取從任一圓中線開始，兩個(gè)施工隊(duì)相向澆筑，齊頭并進(jìn)，循序前進(jìn)，分層一次澆筑到頂?shù)臐仓椒?，即采用自然流淌形成斜坡的澆筑方法，能較好地適應(yīng)泵送工藝，提高效率，保證上下接縫.

d選擇良好顆粒級(jí)配的粗細(xì)骨料，嚴(yán)格控制其含泥量，加強(qiáng)混凝土的振搗，提高混凝土的密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度，減少收縮變形。

e加強(qiáng)混凝土的長時(shí)間養(yǎng)護(hù)，布置測(cè)溫控制點(diǎn)，定人定時(shí)測(cè)量，本工程采用一層塑料薄膜和兩層草簾子覆蓋養(yǎng)護(hù)。

三、混凝土裂縫成因分析

工程實(shí)踐及科學(xué)分析都表明，混凝土結(jié)構(gòu)中微小裂縫是不可避免的，混凝土構(gòu)件的任何裂縫都是微小裂縫發(fā)展的結(jié)果?；炷脸霈F(xiàn)裂縫的原因分析:

a混凝土自身特性產(chǎn)生裂縫的原因

混凝土是由粗骨料、細(xì)骨料、水泥、水等材料，經(jīng)水泥水化后與骨料組成的混合物，在經(jīng)過化學(xué)收縮塑性收縮碳化收縮及干燥收縮后，總收縮量為0.04-0.06%。同時(shí)隨著水泥強(qiáng)度等級(jí)提高，細(xì)度增大，混凝土收縮會(huì)進(jìn)一步加大，也就是說混凝土的收縮是其自固有的特性，且因此產(chǎn)生裂縫也是常見的。

混凝土干縮裂縫的原因，混凝土在凝結(jié)過程中要發(fā)生體積變化，當(dāng)混凝土要收縮而又受到構(gòu)件限制時(shí)，如果約束力大于收縮力即產(chǎn)生裂縫，造成混凝土裂縫是混凝土在硬化后，長時(shí)間水分蒸發(fā)

溫度引起裂縫，大體積混凝土結(jié)構(gòu)，澆筑后水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生大量水化熱，內(nèi)部熱量不易散發(fā)出去，結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度升高，而其表面蒸發(fā)熱量快，此時(shí)形成內(nèi)外溫差，促使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)表面拉應(yīng)力超過結(jié)構(gòu)構(gòu)件所允許的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在表面產(chǎn)生裂縫，隨著水化反應(yīng)減弱，混凝土逐漸降溫，在降溫過程中，同樣會(huì)產(chǎn)生裂縫。

在混凝土澆筑過程中，特別是板墻等表面較大的結(jié)構(gòu)件，常常出現(xiàn)中部寬兩端窄的梭形裂縫，發(fā)生位置一般在面板肋交接得處，梁板交接處，梁柱交接處，及結(jié)構(gòu)變截面的地方，這種裂縫產(chǎn)生的主要原因是在混凝土澆筑過程時(shí)，在重力作用下，粗骨料密度較大者會(huì)緩慢下移，沉降密實(shí)，水及氣泡等小密度者被擠到混凝土表面從而，造成混凝土骨料分布不均勻，使內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力缺陷，由此出現(xiàn)局部裂縫，塌落度越大，混凝土越厚，保水性越差，沉降越嚴(yán)重，越易產(chǎn)生裂縫。即使均勻沉降，由于內(nèi)部鋼筋等阻礙，骨料分布不均勻，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)裂縫。

b施工原因造成的裂縫

由于混凝土的施工過程中，對(duì)混凝土及泵送混凝土缺乏認(rèn)識(shí)，由此產(chǎn)生裂縫，一般有如下的一些情況:

用插入式振動(dòng)棒密實(shí)混凝土，使混凝土流淌、攤鋪，從而造成某些區(qū)域骨料集中，某些區(qū)域灰漿集中，在灰漿集中區(qū)域會(huì)出現(xiàn)大量的收縮裂縫

現(xiàn)場加水或過量外加劑，從而增大了水灰比，不但降低了混凝土強(qiáng)度，也易造成密實(shí)后的泌水，留下大量泌水通道，失水后混凝土表面產(chǎn)生毛細(xì)管收縮力，造成裂縫的出現(xiàn)。

施工后的養(yǎng)護(hù)是否及時(shí)與質(zhì)量好壞，不但影響混凝土質(zhì)量，而且也會(huì)影響混凝土收縮增大而導(dǎo)致裂縫。

混凝土加載過早，致使混凝土局部塌陷而應(yīng)力集中，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

通過以上原因分析，建筑工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)截面尺寸大，水泥用量多，水泥水化過程中釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用，而形成的溫度收縮應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度，是導(dǎo)致鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。因混凝土表面和內(nèi)部的散熱條件不同，形成溫度內(nèi)高外低，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。所以控制好混凝土的溫差是混凝土成型質(zhì)量的重要保證。

四、溫度計(jì)算

在大體積混凝土施工前，必須進(jìn)行溫度應(yīng)力的計(jì)算，并預(yù)先采取相應(yīng)的技術(shù)措施控制溫度差值，控制溫度裂縫的開展，做到心中有數(shù)，科學(xué)指導(dǎo)施工，確保大體積混凝土的施工質(zhì)量。

4.1溫度的計(jì)算

攪拌站提供的混凝土每立方米各項(xiàng)材料用量及溫度如下:

水泥:367㎏，30℃

砂子:730㎏， 25℃，含水率為3%

石子:1083㎏， 25℃，含水率為2%

水:195㎏，25℃

a混凝土拌合物的溫度

T0=【0.9(mceTce+msaTsa+mgTg)+4.2Tw(mw-ωsamsa-ωgmg)+c1(ωsamsaTsa+ωgmgTg)-c2(ωsamsa+ωgmg)】÷【4.2mw+(mce+msa+mg)】

mw、mce、msa、mg--水、水泥、砂、石的用量(㎏)

Tw、Tce、Tsa、Tg--水、水泥、砂、石的的溫度(℃)

ωsa、ωg砂、石的含水率(%)

c1 、c2水的比熱容(kJ/㎏)及溶解熱(kJ/㎏)

當(dāng)骨料溫度≤0℃時(shí)，c1 =2.1，c2=335

當(dāng)骨料溫度>0℃時(shí)，c1 =4.2，c2=0

為了簡便計(jì)算，外加劑等的重量均計(jì)算在水泥的重量內(nèi).

代入數(shù)值T0=23.6℃

b混凝土拌合物的出機(jī)溫度

T1=T0-0.16(T0-Ti)

T1-混凝土拌合物的出機(jī)溫度(℃)

Ti-攪拌棚內(nèi)溫度(℃)

T1=23.6-0.16(23.6-30)=24.6℃

c混凝土拌合物澆筑完成時(shí)溫度

T2=T1-(αtt+0.032n)(T1-Ta)

T2-混凝土拌合物經(jīng)運(yùn)輸至澆筑完成時(shí)的溫度

α-溫度損失系數(shù)(h-1)

tt-混凝土自運(yùn)輸至澆筑完成時(shí)的時(shí)間(h)

n-混凝土運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)

Ta-運(yùn)輸時(shí)的環(huán)境氣溫(℃)

T2=25.1℃

混凝土拌合物澆筑完成時(shí)的溫度計(jì)算中略去了模板和鋼筋的吸熱影響.有關(guān)的計(jì)算可以參照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》

4.2混凝土最高溫升值(℃)

Tmax=T2+(mce/10)+(F/50)

Tmax-水泥用量(㎏)

F---粉煤灰用量(㎏)

Tmax=61.8℃

該溫度為基礎(chǔ)底板混凝土內(nèi)部中心點(diǎn)的溫升高峰值，該溫升值一般都略小于絕熱溫升值，一般在混凝土澆筑后3天左右產(chǎn)生，以后趨于穩(wěn)定不再升溫，并且開始逐步降溫.

4.3混凝土表面溫度

規(guī)范規(guī)定:對(duì)大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)，應(yīng)根據(jù)氣候條件采取相應(yīng)控溫措施，并按需要測(cè)定澆筑后的混凝土表面和內(nèi)部溫度，將溫差控制在設(shè)計(jì)要求的范圍以內(nèi);當(dāng)設(shè)計(jì)無具體要求時(shí)，溫差不宜超過25℃，因此將混凝土表面的溫度控制在20℃左右，這樣混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度，以及表面溫度之差均不超過25℃.表面溫度的控制可采取調(diào)整保濕保溫層的厚度.

4.4混凝土中心溫度

Tmax=To+(Tt×ξ)=57.59℃

采用一層塑料薄膜和二層草簾覆蓋養(yǎng)護(hù).

五、混凝土裂縫的防治

加強(qiáng)事前控制，制定防范措施，是混凝土工程質(zhì)量達(dá)到合格的重要保證;對(duì)于大體積混凝土施工主要控制有害裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，而內(nèi)外溫差的控制是裂縫控制的主要方法?？梢詮慕档退嗨療?、改善混凝土原材料施工配合比;加強(qiáng)施工中溫度控制，改善約束條件、削減溫度應(yīng)力、加強(qiáng)混凝土的振搗、提高混凝土的密實(shí)度.

a為減少混凝土由于自身原因引起的裂縫一般應(yīng)注重原材控制和配合比優(yōu)化

原材料的質(zhì)量控制，精心選材

Ⅰ粗骨料:一般在粗骨料粒徑滿足結(jié)構(gòu)鋼筋凈距設(shè)計(jì)和泵送要求時(shí)，優(yōu)先選用較大粒徑骨料，粒徑大可以減少水泥用量，進(jìn)而減少混凝土自身收縮，另外，粗骨料應(yīng)是級(jí)配連續(xù)且含片狀不超標(biāo)，從而增加混凝土可泵性，減少砂率，達(dá)到減少混凝土自身收縮的目的。

Ⅱ細(xì)骨料:采用級(jí)配合理的中砂，可降低用水量，進(jìn)而可降低混凝土裂縫的出現(xiàn)，同時(shí)降低砂中含泥量，也可降低混凝土的收縮量，減少混凝土裂縫出現(xiàn)的可能性。

Ⅲ摻入適量減水劑，可以大大減少用水量，從而在水灰比不變的情況下，可減少水泥用量，降低混凝土收縮量，加入適量粉煤灰，礦粉等摻各料，可改善混凝土的特性，提高右泵性，降低水化熱，增加密實(shí)度，減少混凝土裂縫出現(xiàn)。

配合比做優(yōu)化

配合比設(shè)計(jì)應(yīng)符合普通混凝土配合比級(jí)配規(guī)范，除要滿足強(qiáng)度外，還要考慮運(yùn)輸、泵送等因素?？茖W(xué)的配合比設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮最適宜的塌落度，砂率、加摻摻和料?？傊?，在保證強(qiáng)度的前提下，盡量減少水泥用量和減小坍落度。

b大體積混凝土溫差裂縫防治

對(duì)大體積混凝土施工，應(yīng)在施工前計(jì)算混凝土升溫峰值，估計(jì)內(nèi)部溫差及降溫速率，制定切實(shí)可行的技術(shù)措施，同時(shí)選擇適宜的原材及合理的配合比，及時(shí)養(yǎng)護(hù)

Ⅰ選擇適宜材料，降低混凝土水化熱，選擇中低熱水泥，摻入適宜粉煤灰，礦粉或膨脹劑

Ⅱ采用二次抹壓的施工技術(shù)，可有效消除由于干縮及塑性收縮而引起表面裂縫，增加內(nèi)部密實(shí)度。

Ⅲ加強(qiáng)施工后養(yǎng)護(hù):

保濕養(yǎng)護(hù):二次抹壓后，迅速覆蓋塑料薄膜，減少水分蒸發(fā)

保溫養(yǎng)護(hù):按溫控制措施，選擇養(yǎng)護(hù)材料，覆蓋厚度及養(yǎng)護(hù)時(shí)間，目的減緩降溫速度，減少內(nèi)外溫差。

Ⅲ拆模后，迅速回填。減緩溫差變化。減少裂縫。

c塑性(沉陷)收縮引起裂縫防治

應(yīng)嚴(yán)格控制坍落度，一般設(shè)計(jì)值+20，避免過大，表面保濕、保溫養(yǎng)護(hù)及時(shí)充分。對(duì)大面板拆模部分防止產(chǎn)生干燥收縮。

d不要在同一處連續(xù)給料及同一處連續(xù)振動(dòng)趕料，應(yīng)現(xiàn)時(shí)在2-3M范圍內(nèi)移動(dòng)、布料。避免同一處連續(xù)振動(dòng)。嚴(yán)禁在施工中隨意加水及外加劑?？砂纯尚屑夹g(shù)方案保溫、保濕、防風(fēng)等措施。

作者簡介:

王明生1973.05男中煤大屯建筑安裝工程公司工程師