建筑施工中大體積混凝土裂縫防治問題探討

劉寶華

【摘 要】近年來，伴隨著社會經(jīng)濟的快速持續(xù)發(fā)展，城市化進程得到了進一步的提高，人民群眾的生活、工作等各種要求也越來越高，出現(xiàn)了很多大跨度、超高層等建筑結(jié)構(gòu)體系，給城市空間方面增添了許多美感。但與此同時，由于大體積混凝土的體積較大、容易開裂，給工程結(jié)構(gòu)和合理使用造成很大的威脅，如何采取科學(xué)合理的措施預(yù)防大體積混凝土開裂，一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；裂縫；防治

大體積混凝土是指最小斷面尺寸大于800mm，同時水化熱產(chǎn)生的內(nèi)部最高溫度與大氣溫差超過25℃，施工時必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施妥善處理水化熱引起的混凝土內(nèi)外溫差，需合理解決溫度應(yīng)力并嚴(yán)格控制裂縫開展的一種混凝土結(jié)構(gòu)。大體積混凝土工程結(jié)構(gòu)較厚、體形較大、鋼筋較密，且混凝土用量較多，施工條件較為復(fù)雜，施工技術(shù)要求高，需連續(xù)澆筑，內(nèi)外溫差和溫度應(yīng)力較大；此外，還需滿足強度、剛度、整體性和耐久性要求。大體積混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要地位，越來越多地應(yīng)用到高層建筑、水利水電工程、橋梁工程、水工構(gòu)（建）筑物以及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)等許多工程領(lǐng)域。

0.工程概況

本工程主樓地上十七層，地下二層，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)為鋼筋混凝土平板式筏形基礎(chǔ)，筏板厚度為l500mm，筏板長48.9m、寬為57.3m。筏板混凝土強度等級為C50，抗?jié)B等級為P8。筏板實體最小尺寸大干1m，屬于大體積混凝土構(gòu)件。

1.大體積混凝土溫度裂縫的形成原因

現(xiàn)階段的理論與實踐研究表明，引起混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的原因：水泥在水化過程中產(chǎn)生大量熱量及水化熱，該熱量聚積在內(nèi)部不易散發(fā)，內(nèi)部溫度顯著升高，外表散熱快，形成較大的內(nèi)、外溫差，當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度之差達到一定程度，產(chǎn)生的溫度拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時即產(chǎn)生混凝土裂縫。

2.大體積混凝土澆筑材料的選擇和施工工藝

水泥用量的控制是一個關(guān)鍵因素，這是產(chǎn)生水化熱的主要原因。應(yīng)在不降低強度等級的前提下，減少水泥用量來降低水化熱。經(jīng)實驗室試驗后得出結(jié)論，對于工程中每m 的混凝土，每增加或減少10kg水泥，產(chǎn)生的水化熱可致使大體積混凝土的核心溫度在原來的基礎(chǔ)上上升或下降1℃。不同品種的水泥其硬化過程中產(chǎn)生的水化熱不同，為控制水化熱的溫升，減少溫度應(yīng)力，采用礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥等水化熱較低的水泥。

施工過程中，在混凝土中摻入適量的聚丙烯纖維，并摻人適量的I級粉煤灰。摻人適量的粉煤灰既可降低混凝土中的水化熱，節(jié)約水泥，又可使泵送施工流暢，和易性好，一舉多得。

混凝土出機溫度和澆筑溫度也是影響混凝土內(nèi)部溫升的一個重要方面。混凝土出機溫度是由原材料本身所含熱量決定的，據(jù)混凝土配合比及原材料的比熱容可知，石子的比熱容雖小但其質(zhì)量大，水在水灰比中的占有量相對水泥用量較少但其比熱容是最大的，所以石子、水在拌制混凝土?xí)r的原始溫度是影響混凝土初始溫度的主要因素。拌合物中的砂對于混凝土的初始溫度影響弱于石子、水，水泥對混凝土的初始溫度影響最小。施工現(xiàn)場應(yīng)及時與商品混凝土供應(yīng)企業(yè)溝通并解決好這一問題。在實際混凝土攪拌時采用編織布遮蓋砂、石避免太陽直射，并合理安排澆筑進度，盡量減少混凝土攪拌車在現(xiàn)場的等待時間，以達到降低混凝土出機溫度的目的。

混凝土入模溫度指混凝土經(jīng)攪拌、運輸、泵送到澆筑地點時的溫度，因此應(yīng)用濕麻袋將泵管遮蓋，并指定專人每隔1h澆水散熱1次來降低混凝土人模溫度。

3.防治裂縫的措施

3.1優(yōu)選原材料

3.1.1水泥

由于溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取早期水化熱低的水泥。由于水泥的水化熱是礦物成分與細度的函數(shù)，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細度模數(shù)。硅酸鹽水泥的礦物組成主要有C3S、C2S、C3A和C4AF。試驗表明：水泥中鋁酸三鈣（C3A）和硅酸三鈣（C3S）含量高，水化熱較高，所以，為了減少水泥的水化熱，必須降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外，在不影響水泥活性的情況下，要盡量使水泥的細度適當(dāng)減小，因為水泥的細度會影響水化熱的放熱速率。

3.1.2摻加粉煤灰

為了減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性，可以將部分水泥用粉煤灰代替。摻人粉煤灰主要有以下作用：①由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二鋁含量179/6～35，這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產(chǎn)物進行二次反應(yīng)，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；②由于粉煤灰顆粒較細，能夠參加二次反應(yīng)的界面相應(yīng)增加，在混凝土中分散更加均勻；③粉煤灰的火山灰反應(yīng)進一步改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結(jié)構(gòu)進一步的細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應(yīng)收縮值也減少。

3.2采用科學(xué)合理的施工方法

3.2.1采用合理的設(shè)計措施

①精心設(shè)計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）、二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）、一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強、高韌性、中彈、低熱和高抗拉值”的抗裂混凝土。②增配構(gòu)造筋，提高抗裂性能。應(yīng)采用小直徑、小間距的配筋方式，全截面的配筋率應(yīng)在0.3～0.5 之間。③避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中。在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強措施。④在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限抗拉強度。⑤在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)充分考慮施工時的氣候特征，合理設(shè)置后澆縫，在正常施工條件下，后澆縫間距20～30m，保留時間一般不小于60d。如不能預(yù)測施工時的具體條件，也可臨時根據(jù)具體情況作設(shè)計變更。

3.2.2采用切實可行的施工工藝

①加強原材料的檢驗、試驗工作。施工中嚴(yán)格按照施工方案及技術(shù)交底的要求指導(dǎo)施工，明確分工，責(zé)任到人。加強計量監(jiān)測工作，定時檢查并做好詳細記錄。認(rèn)真對待混凝土澆筑過程中可能出現(xiàn)的冷縫，并采取措施加以杜絕。在變截面施工前，一定要加強預(yù)測，并保證預(yù)測的科學(xué)性。②切實落實施工方案。根據(jù)泵送大體積混凝土的特點，采用“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序推進，一次到頂”的施工方法。這種自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能較好地適應(yīng)泵送工藝，避免混凝土輸送管道經(jīng)常拆除、沖洗和接長，從而提高泵送效率，保證上下層混凝土澆筑間隔不超過初凝時間。根據(jù)混凝土泵送時自然形成一個坡度的實際情況，在每個澆筑帶的前后布置兩道振動器，第一道布置在混凝土出料口，主要解決上部混凝土的振實；由于底層鋼筋間距較密，第二道布置在混凝土坡腳處，以確保下部混凝土密實。

3.3后期養(yǎng)護

混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時灑水養(yǎng)護以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤，這樣既減少外界高溫倒罐，又防止干縮裂縫的發(fā)生，促進混凝土強度的穩(wěn)定增長。一般在澆筑完畢后l2～18h內(nèi)立即開始養(yǎng)護，連續(xù)養(yǎng)護時間不少于28d或設(shè)計齡期。

總之，在大體積混凝土施工中，只要合理選擇原材料，摻加合適的外加劑，制定合理的施工工藝，加強施工過程中的測溫、養(yǎng)護工作，大體積混凝土裂縫是可以控制的。

【參考文獻】

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