探析泵送大體積混凝土施工技術(shù)與裂縫控制措施

蔡立帆

摘要：本文主要分析闡述了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，根據(jù)工程實(shí)際情況，從施工、養(yǎng)護(hù)角度、從材料角度，采取有效的措施，確保大體積混凝土的質(zhì)量，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土、裂縫、溫差、施工技術(shù)、控制措施

0前言

某高層綜合樓，框支——剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，地上28層，總長(zhǎng)度270米、寬110米，底板厚度0.8～1.2米，地下室建筑面積28000㎡。針對(duì)地下室底板大體積混凝土極易裂縫的難題，施工過(guò)程中采取有效的預(yù)控措施，保證了混凝土的施工質(zhì)量。

1、大體積混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定裂縫

混凝土是一種由粗、細(xì)集料、水泥、水和氣體所組成的非均質(zhì)堆聚結(jié)構(gòu)。砼混合料在不同溫、濕度條件下凝結(jié)硬化，并同時(shí)產(chǎn)生體積變形。由于砼施工和本身變形、約束等一系列問(wèn)題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些初始缺陷的存在才使砼呈現(xiàn)出一些非均質(zhì)的特性。微裂縫通常是一種無(wú)害裂縫，對(duì)砼的承重、防滲及其他一些使用功能不產(chǎn)生危害，但在混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會(huì)不斷的擴(kuò)展和連通，最終形成肉眼可見(jiàn)的裂縫，即混凝土工程的裂縫。

2、混凝土裂縫的種類分析

2.1按裂縫產(chǎn)生原因分類

2.1.1由外荷載(靜、動(dòng)荷載)直接應(yīng)力引起的裂縫和次應(yīng)力引起的裂縫。

2.1.2由變形變化引起的裂縫：包括結(jié)構(gòu)因溫度濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫。其特征是結(jié)構(gòu)要求變形，當(dāng)受到約束和限制時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)力超過(guò)一定數(shù)值后產(chǎn)生裂縫，裂縫出現(xiàn)后變形得到滿足，內(nèi)應(yīng)力松弛。這種裂縫寬度大、內(nèi)應(yīng)力小，對(duì)荷載的影響小，但對(duì)耐久性損害大。

2.2按裂縫所處狀態(tài)分類

裂縫可分為運(yùn)動(dòng)、不穩(wěn)定、穩(wěn)定、閉合和愈合等狀態(tài)。

對(duì)于處于運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的裂縫，應(yīng)考慮加固和補(bǔ)救措施。而對(duì)于穩(wěn)定、閉合、愈合的裂縫則可持久的應(yīng)用。例如有些防水結(jié)構(gòu)，在0.1MPa水壓下，出現(xiàn)0.1～0.2mm裂縫時(shí)，可能開(kāi)始時(shí)有輕微滲漏，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，裂縫處水化的水泥析出Ca(OH)2，逐漸彌合了裂縫，并與大氣中CO2作用，形成CaCO3結(jié)晶，封閉和自愈合裂縫，防止了滲漏的產(chǎn)生，這種裂縫是穩(wěn)定的，不會(huì)影響工程結(jié)構(gòu)的使用和耐久性。

2.3按裂縫寬度

（1）無(wú)侵蝕介質(zhì)、無(wú)抗?jié)B要求，結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)下，最大裂縫寬度不得大于0.3mm。

（2）有輕微侵蝕、無(wú)抗?jié)B要求時(shí)，最大裂縫寬度不得大于0.2mm。

（3）有最重侵蝕和抗?jié)B要求時(shí)，不得大于0.1mm。

（4）混凝土有自防水要求時(shí)，不得大于0.1mm。

3、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析

3.1水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力產(chǎn)生溫度變形：本案例工程底板為C35混凝土，結(jié)構(gòu)斷面較厚，由于水泥用量大，所發(fā)生的水化熱較大，砼結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，而內(nèi)部熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)出去，產(chǎn)生累積，當(dāng)內(nèi)外溫差小于25℃時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力交會(huì)小于砼本身的抗體拉強(qiáng)度，不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂，當(dāng)溫差超過(guò)25℃的限制，便會(huì)產(chǎn)生裂縫，該現(xiàn)象多發(fā)生在澆筑后1～5天。

3.2混凝土的收縮變形：由于水平方向和豎直方向砼收縮內(nèi)部限制條件有差異，會(huì)形成不規(guī)則的深裂縫。本工程的底板鋼筋較密，采用泵送砼，水灰比大，收縮性大，易產(chǎn)生內(nèi)部裂縫。

3.3混凝土干燥收縮：混凝土中80%水分會(huì)蒸發(fā)，約20%是水泥的硬化所必需的，砼在硬化過(guò)程中表面干縮快，中心干縮慢，因而其表面發(fā)生收縮拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。

大體積混凝土如果不采取措施加以預(yù)防，則可能產(chǎn)生貫穿裂縫，影響結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性以及正常使用。

4．大體積混凝土配合比的確定

大體積泵送混凝土除應(yīng)滿足一般混凝土具有的流動(dòng)性、坍落度、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等要求外，還要求混凝土必須具有低水化熱及可泵性。因此，大體積泵送混凝土對(duì)原材料要求較嚴(yán)，對(duì)配合比要求較高。

4.1原材料

4.1.1水泥：使用PO42.5R水泥，其使用情況見(jiàn)表1：

4.1.2粗骨料（碎石）：粗骨料采用5~31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石。

4.1.3細(xì)骨料（砂）：選用細(xì)度模數(shù)為2.8~3.0的中砂，砂率宜為39%~41%。

4.1.4粉煤灰：混凝土中摻入粉煤灰能替代部分水泥，對(duì)改善混凝土的和易性，減少混凝土在輸送管中的泌水，提高混凝土的可泵性，效果顯著。

4.1.5外加劑：本工程采用緩凝高效減水劑，緩凝推遲混凝土水化反應(yīng)時(shí)間，減水是在保證強(qiáng)度的情況下，減少水和灰用量，從而降低了水化熱。

4.2配合比的確定

原材料選定之后，確定主要的技術(shù)指標(biāo)便成了配合比的關(guān)鍵，從以下幾點(diǎn)進(jìn)行考慮。

4.2.1采用水化熱較低的水泥，在滿足混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下盡量減少水泥用量，降低水化熱。

4.2.2采用摻合料減少水泥用量，如摻粉煤灰使混凝土水化熱在一定程度上延緩釋放，對(duì)大體積混凝土的溫度控制較為有效，同時(shí)增加了混凝土的和易性，促進(jìn)了砼的后期強(qiáng)度。

4.2.3控制坍落度，防止混凝土離淅，降低單方用水量，減少收縮。

4.2.4采用中砂，降低砂率，進(jìn)一步減少收縮。

4.2.5采用緩凝型高效減水劑，延長(zhǎng)終凝時(shí)間，減小溫度應(yīng)力，推遲溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間。

4.2.6對(duì)骨料進(jìn)行淋水降溫，在水池中加入冰塊，控制混凝土的入模溫度。

4.2.7優(yōu)化配合比，提高骨料含量，減少收縮。

根據(jù)以上原則確定的配合比經(jīng)試驗(yàn)室與生產(chǎn)線試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表2；

經(jīng)試驗(yàn)室及生產(chǎn)線試驗(yàn),均取得了滿意的效果（抗?jié)B結(jié)果0.45水膠比可達(dá)P8～P10）。

五、采取合理的施工方法

5.1澆筑方案

5.1.1混凝土澆筑順序

本工程基礎(chǔ)混凝土澆筑從后澆帶開(kāi)始，自一端向另一端整體推進(jìn)，采用斜面分層澆筑的方法，每層澆筑斜面厚度約0.5m，兩臺(tái)泵機(jī)在各自范圍內(nèi)分層澆筑，上層應(yīng)在下層混凝土初凝時(shí)間內(nèi)連續(xù)澆筑，直至底板混凝土全部澆筑完成。

5.1.2控制混凝土溫度和收縮裂縫的技術(shù)措施

為了有效地控制有害裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，必須從控制混凝土的水化升溫、延緩降溫速率、減少混凝土收縮、采取技術(shù)措施，控制有害裂縫。

5.1.3合理選擇混凝土配合比比，并摻加粉煤灰緩凝高效減水劑，水泥選用水化熱較低的普通硅酸鹽水泥，并嚴(yán)格控制水泥用量，以達(dá)到改善和易性，降低水化熱，補(bǔ)償收縮的目的。

5.1.4加強(qiáng)施工中的溫度控制

混凝土在澆筑后，做好砼的保溫保濕工作。緩慢降溫，減小砼溫度應(yīng)力，及時(shí)蓄水養(yǎng)護(hù)并遮陽(yáng)，避免曝曬。采取長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù)，規(guī)定合理的拆模時(shí)間，充分發(fā)揮砼的“應(yīng)力松馳作用”。

加強(qiáng)砼溫度監(jiān)測(cè)與管理，隨時(shí)控制混凝土內(nèi)的溫度變化，內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，基面溫度和底面溫度差均控制在20℃以內(nèi)，及時(shí)調(diào)整保溫和養(yǎng)護(hù)措施，有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。

5.1.5控制粗細(xì)骨料質(zhì)量：石子、砂子的含泥量不超過(guò)1%和3%

5.2測(cè)溫孔的布置

測(cè)溫點(diǎn)的布置必須具有代表性和可比性。沿澆筑的高度，應(yīng)布置在底部、中部和表面，垂直測(cè)點(diǎn)間距一般為500～800㎜，平面則應(yīng)布置在邊緣與中間，測(cè)點(diǎn)間距一般為2.5～5m。

在本工程不同部位埋沒(méi)測(cè)溫孔，用48mm無(wú)縫鋼管，底用鋼板堵焊，孔上口用木塞堵嚴(yán)。上管底距混凝土板面150㎜，中管底距板底為1／2板厚，下管底距板底面150㎜。

混凝土澆筑后，即向鋼管中注入自來(lái)水，測(cè)溫在砼澆筑24小時(shí)后即開(kāi)始，每間隔2~3小時(shí)測(cè)溫一次，采用普通溫度計(jì)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。

5.3砼過(guò)程控制及技術(shù)要求

本工程基礎(chǔ)底板大體積混凝土為C35、P6，配合比、原材料、外加劑用量及砼的初、終凝時(shí)間均經(jīng)過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。

5.3.1砼振搗

澆筑時(shí)采用插入式振動(dòng)棒振搗，振搗時(shí)間控制在20~30s，以混凝土開(kāi)始泛漿和不冒氣泡為宜，并應(yīng)避免漏振、欠振和過(guò)振，振動(dòng)棒應(yīng)快插慢拔，振搗時(shí)插入下層混凝土表面10cm以下，間距控制在30-40cm，確保兩斜面層間緊密結(jié)合。

5.3.2泌水和浮漿處理。

大體積混凝土因采取分層澆筑，上下層施工的間隔時(shí)間較長(zhǎng)，因此各層易產(chǎn)生泌水層，可安排人工將多余的水份及浮漿排除。

5.3.3混凝土表面處理與養(yǎng)護(hù)

本工程采用電動(dòng)磨光機(jī)找平機(jī)進(jìn)行表面提漿找平，以閉合水裂縫，再用鐵抹子人工收壓兩遍，這樣既能排除砼因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，又能防止因混凝土沉落而出現(xiàn)裂縫，減少內(nèi)部微裂，增加砼密實(shí)度，提高混凝土抗裂性能。在混凝土二次收面后進(jìn)行覆蓋，保持砼濕潤(rùn)，砼養(yǎng)護(hù)可遵循降溫速率“前期大后期小”的原則，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天。

本工程大體積混凝土由于預(yù)防措施得力到位，澆注完畢至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有害裂縫,各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

六.結(jié)束語(yǔ)：

實(shí)踐證明，防止大體積砼裂縫，設(shè)計(jì)是核心、材料是關(guān)鍵、施工是重點(diǎn)。通過(guò)對(duì)大體積混凝土施工，要求我們工程技術(shù)人員做到科學(xué)合理，客觀認(rèn)真，嚴(yán)格把關(guān)，采取各種有效的技術(shù)控制措施，確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

［1］、富文權(quán)、韓素芳《混凝土工程裂縫分析與控制》中國(guó)鐵道出版社

［2］、朱伯芳《大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制》中國(guó)電力出版社

［3］、趙志縉《新型混凝土及其施工工藝》中國(guó)建筑工業(yè)出版社

［4］、耿維恕、鐘炯垣《混凝土及預(yù)制混凝土構(gòu)件的質(zhì)量控制》中國(guó)建筑工業(yè)出版社

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。