泵站底板大體積混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理及控制措施

邱麗榮

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大體積混凝土應(yīng)用于各種大型工程中，但是裂縫問題始終困擾著此類工程的建設(shè)和使用。本文就泵站底板大體積混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理及控制措施進(jìn)行了探討，找出了裂縫產(chǎn)生的原因，并針對產(chǎn)生原因預(yù)先采取控制措施，從而將混凝土裂縫控制在一定范圍內(nèi)。

【關(guān)鍵詞】泵站；大體積混凝土；裂縫；產(chǎn)生機(jī)理；控制措施

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，綜合國力的不斷增強(qiáng)，現(xiàn)代建筑中常常涉及到大體積混凝土的施工，如高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等。但由于水化熱的影響，大體積混凝土容易產(chǎn)生裂縫，破壞整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響工程的建設(shè)和使用。因此，對于大體積混凝土裂縫的問題，有關(guān)工作人員必須要認(rèn)真分析其裂縫的產(chǎn)生機(jī)理，并采取一系列相關(guān)措施，防治混凝土裂縫，保障工程質(zhì)量。

1.裂縫產(chǎn)生機(jī)理

溫度應(yīng)力變化經(jīng)歷三個(gè)過程：一是自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束時(shí)放出大量的水化熱，混凝土彈性模量的急劇變化在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。二是自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)，由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起的應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加。三是混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期由外界氣溫變化所引起的溫度應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

2.本工程施工難點(diǎn)

按照泵站結(jié)構(gòu)分縫，泵站底板中最大一塊長達(dá)12.0m寬22.3m，前后齒槽部分最厚達(dá)1.8m，底板中間部分厚1.2m，按照建設(shè)部GB50496-2009《大體積混凝土施工規(guī)范》規(guī)定混凝土厚度超過1.0m即為大體積混凝土。為了盡量避免或減小揚(yáng)塵與噪音污染給環(huán)境造成影響，按照相關(guān)要求，市區(qū)工程不允許自拌混凝土施工，只能采用商品混凝土。

（1）采用商品混凝土施工不確定因素多。為便于運(yùn)輸和泵送混凝土，商品混凝土骨料要求較為特殊，粒徑小，坍落度較大，配合比中摻加大量外加劑，施工中泌水現(xiàn)象嚴(yán)重，給混凝土澆筑增加了不少困難。

（2）施工期環(huán)境溫度較高不利于溫控。本工程地處廣東南端，氣溫較高，晝夜溫差較大，不利于混凝土澆筑施工。

（3）施工場面受到限制。本工程按照深基坑設(shè)計(jì)施工，基坑深度達(dá)到5.5m，基坑內(nèi)為淤泥土質(zhì)，運(yùn)輸?shù)缆冯m經(jīng)特殊處理，但狀況頻出，給混凝土輸送造成困難。

（4）本工程底板單塊結(jié)構(gòu)大，又不能無限期施工，對混凝土入倉速度、層間鋪筑間隔時(shí)間要求較高。

3.混凝土底板施工中的主要裂縫控制措施

3.1 現(xiàn)場試驗(yàn)

泵站底板混凝土施工中的有利因素是底面、頂面為自由面，底面直接與地基接觸，對混凝土散熱保溫有一定的好處。但在極端氣溫下施工的保溫降溫要求較高，本工程所在地為中山，又是夏季施工，施工外界環(huán)境污染嚴(yán)重、氣溫高、體積大、基坑面積大，又是商品混凝土泵送入倉，為確?；炷敛划a(chǎn)生溫度裂縫或控制在允許寬度范圍內(nèi)，我們就原材料選擇與配合比實(shí)驗(yàn)、模板材料及其支撐體系、機(jī)械設(shè)備選用與匹配、混凝土澆筑強(qiáng)度、勞動(dòng)力組織、操作技術(shù)與安全交底等施工組織與施工工藝方面有針對性地制定了詳細(xì)的施工方案，嚴(yán)格按方案施工。為了從根本上控制裂縫產(chǎn)生，我們從源頭上抓起，主要做了兩類實(shí)驗(yàn)。

3.2 原材料選擇與控制

3.2.1 選擇細(xì)度模數(shù)較大的粗砂、減小砂率

混凝土的干燥收縮隨砂率的增大而增大。經(jīng)過試驗(yàn)得知使用較高強(qiáng)度的粗砂，混凝土的彈性模量較高，收縮量較小，可減少開裂。

3.2.2 適當(dāng)增加粗骨料含量，盡量選用粒徑較大，級(jí)配良好的粗骨料

本工程混凝土用碎石粒徑受混凝土泵送限制不能太大，為方便施工又不影響施工質(zhì)量。本工程采用中山市產(chǎn)最大粒徑25mm、級(jí)配良好的花崗巖質(zhì)碎石。

3.2.3 采用中低水化熱的非早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥，并盡量減少水泥用量

中低水化熱水泥在拌和過程中水化熱釋放較小，混凝土升溫較為緩慢，加上盡量少的水泥用量，可有效控制水化熱的產(chǎn)生，對控制混凝土凝結(jié)初期內(nèi)部溫度的驟升和減小混凝土內(nèi)外溫差有至關(guān)重要的作用。通過試驗(yàn)，本工程用普通硅酸鹽水泥每立方用量265kg。

3.2.4 采用混凝土摻加技術(shù)

由于本工程所處水環(huán)境已被嚴(yán)重污染，腐蝕性極強(qiáng)，設(shè)計(jì)采用防腐混凝土，故在做配合比試驗(yàn)時(shí)采用多次不同配比試驗(yàn)，最終選擇摻加15.67%的F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，9.14%的S95礦渣粉，9.92%的SY-KS型抗腐蝕增強(qiáng)劑，1.90%的FST-2型高效緩凝減水劑。通過采用混凝土摻加技術(shù)，減少水泥用量，降低水化熱并使混凝土在常溫下延長初凝時(shí)間。

3.2.5 拆模

加入水泥用量14%的UEA膨脹劑，使混凝土在凝固過程中產(chǎn)生微膨脹，抵消混凝土在凝固過程中的收縮量，同時(shí)提高混凝土自防水能力。

3.3 溫控措施

為確保本工程大體積混凝土滿足強(qiáng)度和外觀等質(zhì)量要求，對混凝土澆筑施工主要采取以下幾點(diǎn)溫控措施：①原材料冷卻；②控制混凝土入模溫度；③注意混凝土澆筑方法；④溫度監(jiān)控和循環(huán)通水冷卻；⑤保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

3.3.1 原材料冷卻

由于本工程的混凝土為商品混凝土，為保證混凝土的質(zhì)量，要求商品混凝土攪拌站采取用冷卻水拌和、加冰拌合等措施保證運(yùn)至施工現(xiàn)場入模的商品混凝土不超過30℃，并安排專職試驗(yàn)工到混凝土公司不定期的抽查混凝土原材料，包括水泥、骨料、粉煤灰和外加劑的品牌和用量是否滿足已審批的配合比要求。在混凝土拌合前及拌合中，控制水泥的入機(jī)溫度小于60℃。

混凝土運(yùn)輸采用混凝土攪拌運(yùn)輸車，運(yùn)輸車具有防風(fēng)、防曬和防雨設(shè)施。混凝土運(yùn)輸車在裝料前，將罐內(nèi)的積水排盡。

3.3.2 控制混凝土入模溫度

澆筑前需測量混凝土溫度，每臺(tái)班不得少于2次。本試驗(yàn)段混凝土入模溫度為30℃，混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升不宜大于50℃。混凝土澆筑塊體的里表溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）不大于25℃。混凝土澆筑體的降溫速率不大于2℃/d，混凝土澆筑體表面與大氣溫差不大于20℃。

3.3.3 注意混凝土澆筑方法

（1）分層澆筑。試驗(yàn)段混凝土澆筑層厚度為（150～250）mm。澆筑時(shí)縮短間歇時(shí)間，并在前層混凝土初凝之前將次層混凝土澆筑完畢。層間最長間歇時(shí)間不應(yīng)大于混凝土6h的初凝時(shí)間。當(dāng)層間間歇時(shí)間超過混凝土的初凝時(shí)間時(shí)，層面應(yīng)做施工縫處理。

（2）分塊澆筑。根據(jù)試驗(yàn)段結(jié)構(gòu)形式，擬先澆筑-4.5m齒槽位置，再澆筑上游-4.325m的齒槽位置，兩個(gè)齒槽澆筑完成后，最后從-3.825m高程處澆筑至-2.825m高程。

（3）澆筑順序。無論是齒槽位置還是齒槽以上底板澆筑，入倉順序都由5#機(jī)組和4#機(jī)組分兩個(gè)入料點(diǎn)，分別用混凝土泵車入料，向中間推進(jìn)。

3.3.4 溫度監(jiān)控和水循環(huán)冷卻控制工藝

（1）溫度監(jiān)控。在本工程混凝土澆筑前，需布設(shè)溫度監(jiān)測點(diǎn)，用以監(jiān)控混凝土內(nèi)部溫度。當(dāng)監(jiān)控溫度接近警戒值時(shí)，即需要在預(yù)埋的冷卻水管內(nèi)通水以降低混凝土內(nèi)外溫差。

溫度監(jiān)控的警戒值為：混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升不大于50℃?；炷翝仓K體的里表溫差不大于25℃。混凝土澆筑體表面與大氣溫差不大于20℃。

當(dāng)因通水造成混凝土澆筑體的降溫速率大于2℃/d時(shí)，即需要停止通水冷卻。

溫度監(jiān)控頻率為：混凝土澆筑體里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度的測試，在混凝土澆筑后，每晝夜不應(yīng)少于4次。

（2）水循環(huán)冷卻控制工藝。由于本工程屬于大體積混凝土澆筑，為防止因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫，除了控制混凝土原材料的溫度和質(zhì)量、混凝土澆筑的入模溫度和混凝土澆筑的順序和層厚之外，需要在本試驗(yàn)段內(nèi)布置冷卻水管作為預(yù)防措施。

4.保溫保濕養(yǎng)護(hù)

在每次混凝土澆筑完畢后，應(yīng)按溫控技術(shù)措施的要求進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，并符合下列規(guī)定：

（1）專人負(fù)責(zé)保溫養(yǎng)護(hù)工作，按規(guī)范操作，采用先灑水，再鋪設(shè)土工布和塑料薄膜并壓木枋。

（2）在混凝土澆筑完成，表面收好面后，立即進(jìn)行噴霧保濕處理，覆蓋塑料薄膜和土工布進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保濕養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間不得少于14d，并應(yīng)檢查塑料薄膜和土工布的完整情況，保持混凝土表面濕潤。

（3）保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行，當(dāng)混凝土的表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20℃時(shí)，可全部拆除。

5.裂縫控制效果

通過對大型泵站大體積混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理和原因的分析，本工程在施工中有針對性地采取了一系列的控制措施，經(jīng)過半年的觀測，所有部位均未產(chǎn)生任何肉眼可見裂縫。

6.結(jié)束語

綜上所述，大體積混凝土的裂縫控制是大體積混凝土施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)。作為泵站底板的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，其重要性可想而知。為了避免因混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫而破壞泵站底板結(jié)構(gòu)的事情發(fā)生，就要要求從事人員首先需優(yōu)化混凝土的配合比設(shè)計(jì)，在不降低混凝土強(qiáng)度的前提下，降低混凝土水化熱，接著還要有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格規(guī)范施工現(xiàn)場的操作，保證混凝土的澆注質(zhì)量，最后必須對混凝土的溫度進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)采取措施，防止溫度應(yīng)力造成的裂縫。

參考文獻(xiàn)：

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