筏基大體積混凝土溫度裂縫控制的研究

楊立群 李飛奇

摘要：伴隨我國(guó)高層建筑的不斷涌現(xiàn)，筏板基礎(chǔ)的應(yīng)用十分廣泛。因?yàn)榛A(chǔ)深、底板厚、混凝土一次澆筑量大，筏板基礎(chǔ)大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫問(wèn)題越來(lái)越突出，并成了工程界廣泛關(guān)注的問(wèn)題。本文就筏基大體積混凝土溫度裂縫控制進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：筏基；大體積混凝土；溫度；裂縫控制

中圖分類(lèi)號(hào)： TU544+.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、大體積混凝土裂縫的種類(lèi)

混凝土內(nèi)部裂縫種類(lèi)很多，按照裂縫的成因、出現(xiàn)的階段以及對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響可以劃分為很多類(lèi)別，以下為混凝土內(nèi)部裂縫種類(lèi)的幾種劃分：

（1）混凝土裂縫按照其出現(xiàn)的不同階段可劃分為早期裂縫、中期裂縫和后期裂縫。通常所說(shuō)的早期裂縫是指混凝土澆筑完成后的一個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)的裂縫，此時(shí)混凝土尚未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。中期裂縫形成在混凝土澆筑完成后的 2~6 個(gè)月內(nèi)，由于設(shè)計(jì)因素或施工原因造成的裂縫。后期裂縫是指混凝土澆筑完成 1~2 年或者更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)形成的裂縫，這類(lèi)裂縫形成主要是由于外因突變或自然界侵蝕造成。

（2）混凝土裂縫按照可視性可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫是指肉眼看不到的、混凝土內(nèi)部固有的一種裂縫。微觀裂縫寬度一般在 0.05mm 以下，是不連貫的。微觀裂縫是混凝土本身固有的，荷載不超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的情況視為無(wú)害。宏觀裂縫是大于等于0.05mm 的裂縫，是微觀裂縫隨著時(shí)間的推移不斷發(fā)展而形成的。工程界普遍認(rèn)為寬度小于 0.2~0.3mm 的裂縫是無(wú)害的，但這里必須有個(gè)前提，即裂縫不在擴(kuò)展，為最終寬度。

微裂縫的存在對(duì)混凝土的一些基本性質(zhì)產(chǎn)生重要的影響，例如彈塑性、徐變、各種強(qiáng)度、變形、泊松比、結(jié)構(gòu)剛度以及化學(xué)反應(yīng)等。當(dāng)混凝土受到低于極限荷載 30%拉力作用下時(shí)，混凝土的微裂縫分布是不規(guī)則、非貫穿的。因此，帶有微裂縫的混凝土是可以承受拉力的，受拉時(shí)微裂縫無(wú)顯著變化；當(dāng)拉力荷載為極限荷載的 30%~70%時(shí)，在結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，微裂縫很容易擴(kuò)展并串聯(lián)起來(lái)，寬度開(kāi)始擴(kuò)展并且數(shù)量開(kāi)始增加；當(dāng)荷載達(dá)到到70%~90%時(shí)，微裂縫顯著地?cái)U(kuò)展并迅速增多并且串連合并，直至混凝土結(jié)構(gòu)完全破壞。

（3）混凝土裂縫按其成因可分為沉降裂縫、塑性裂縫、溫度裂縫、應(yīng)力裂縫等。

（4）混凝土裂縫按照是否有發(fā)展可分為發(fā)展裂縫、可自動(dòng)愈合裂縫和終止裂縫。

（5）混凝土裂縫按其深度可分為深裂縫、淺裂縫。裂縫深度不大于 500 mm 的裂縫為淺裂縫;裂縫深度大于 500 mm 的裂縫為深裂縫。

（6）混凝土裂縫按形狀劃分可分為橫向裂縫、縱向裂縫、水平裂縫、垂直裂縫、斜裂縫、龜裂縫等。 在大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，裂縫并不是以單一形式存在的。大部分裂縫可能同時(shí)具有幾種裂縫的特性，有時(shí)也會(huì)從一種裂縫轉(zhuǎn)化為另一種形式裂縫。裂縫的形式是變化多樣的，沒(méi)有統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。要正確認(rèn)識(shí)和分析混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫,首先要掌握混凝土的原材料、結(jié)構(gòu)特性、部位特性、澆筑時(shí)間等宏觀條件，在了解裂縫的分布、走向、形成時(shí)間、發(fā)展情況、深度、寬度等微觀情況后，根據(jù)得到的信息和數(shù)據(jù)，分析裂縫的成因、推斷裂縫的發(fā)展趨勢(shì)、得出裂縫的預(yù)防的措施以及補(bǔ)救方法。

二、大體積混凝土溫度裂縫的主要影響因素

大體積混凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，是大體積混凝土內(nèi)外溫差所導(dǎo)致的，一旦溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土所能承受的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

（一）水泥水化熱

在大體積混凝土結(jié)構(gòu)澆筑完成后，水泥在水化過(guò)程中釋放大量水化熱。由于混凝土的導(dǎo)熱能力較差，聚集在混凝土內(nèi)部的熱量無(wú)法有效的散失，大體積混凝土內(nèi)部溫度持續(xù)升高且居高不下。混凝土表面與大氣相接觸，具有良好的散熱條件，熱量很快得到釋放。散熱條件的不同致使大體積混凝土不同部位出現(xiàn)不同的溫度，產(chǎn)生很大的內(nèi)表溫差。內(nèi)表溫差的存在致使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。一旦溫度應(yīng)力超出混凝土的極限應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，從而產(chǎn)生溫度裂縫。

（二）大體積混凝土的導(dǎo)熱性能

大體積混凝土導(dǎo)熱性能越好，即導(dǎo)熱系數(shù)越大，內(nèi)部熱量傳導(dǎo)速率就越大，其與外界熱量交換的效率也就越高，從而降低大體積混凝土內(nèi)的最高溫升，同時(shí)也減小了大體積混凝土的內(nèi)外溫差。

（三）施工期間環(huán)境溫度變化

大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，環(huán)境溫度對(duì)其影響十分明顯。環(huán)境溫度的高低會(huì)影響到混凝土的澆筑溫度（即大體積混凝土的入模溫度），澆注溫度越高，大體積混凝土的熱峰值就越高。同時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)影響到大體積混凝土的降溫幅度，環(huán)境溫度的驟降會(huì)加大大體積混凝土內(nèi)外層之間的溫度梯度，不利于大體積混凝土溫度裂縫的防治。

三、大體積混凝土溫度裂縫的控制措施

（一）水泥的選擇

水泥是一種重要的建筑材料，水泥水化過(guò)程中釋放大量的水化熱。大體積混凝土由于水泥用量巨大，內(nèi)部聚集大量熱量不易散發(fā)，形成混凝土內(nèi)表溫差，從而產(chǎn)生溫度裂縫。在筏板大體積混凝土施工中，應(yīng)盡量選擇低熱水泥，從根本上控制由水泥的水化熱所引起的混凝土內(nèi)部溫度。實(shí)踐表明，每減少 10kg 水泥用量便可以降低 1℃的溫度。此外，為了降低因水泥水化產(chǎn)生的熱量引起的溫升，在滿(mǎn)足基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度的條件下，應(yīng)當(dāng)盡量利用混凝土 60~90 天的后期強(qiáng)度，這樣既可以避免混凝土在前期就釋放出大量的水化熱而使混凝土產(chǎn)生較大的溫差，又可以降低混凝土澆筑塊體的溫升。

（二）骨料的選擇

骨料在混凝土中主要起到骨架和填充的作用，可分為細(xì)骨料和粗骨料。在工程施工過(guò)程中可以將粒徑大于 5mm 的骨料稱(chēng)之為粗骨料，又稱(chēng)石；粒徑小于 5mm 的骨料稱(chēng)之為細(xì)骨料，又稱(chēng)砂。

連續(xù)級(jí)配的骨料可以使得混凝土更密實(shí)，和易性更好，在減少水泥用量的情況下仍然可以達(dá)到強(qiáng)度目標(biāo)。因此，在骨料的選擇中應(yīng)優(yōu)先考慮連續(xù)級(jí)配的骨料。為達(dá)到所謂連續(xù)級(jí)配，粗骨料可以選擇碎石，細(xì)骨料應(yīng)選擇中粗砂，提高混凝土的強(qiáng)度和抗裂性能。

（三）控制混凝土入模溫度

選擇較適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，應(yīng)盡量避免在炎熱天氣進(jìn)行澆筑。如工期需要，必須在炎熱天氣進(jìn)行澆筑，可調(diào)整工序，使混凝土澆筑時(shí)間避開(kāi)當(dāng)天的高溫時(shí)段。同時(shí)采用澆筑時(shí)避免陽(yáng)光直射，對(duì)施工運(yùn)輸機(jī)具進(jìn)行保溫防曬等措施，降低混凝土的入模溫度，將其控制在25℃以下

（四）控制混凝土澆筑溫度

混凝土的澆筑溫度越高，混凝土澆筑后內(nèi)部所達(dá)到的最高溫度也越高，則會(huì)造成大體積混凝土內(nèi)部和表面的溫差變大，使混凝土的表面開(kāi)裂。降低混凝土的澆筑溫度是在施工過(guò)程中控制混凝土溫度裂縫的有效手段。影響混凝土澆筑溫度的因素有: 混凝土的出機(jī)溫度、運(yùn)輸途中混凝土的溫度變化、泵送過(guò)程中混凝土的溫度升高等。降低砂石的溫度是降低混凝土出機(jī)溫度的有效方法，夏季施工可對(duì)砂石采用覆蓋、避免陽(yáng)光直射、用冷水沖淋等方式來(lái)降低砂石的溫度。必要時(shí)還可用加冰水為拌合水來(lái)降低混凝土的出機(jī)溫度。在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中可以采取在運(yùn)輸車(chē)的儲(chǔ)藏罐上噴淋冰水，在泵送管道上覆蓋草席淋灑冰水可以有效的降低混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中的升溫，保證混凝土的澆筑入模溫度。

（五）加強(qiáng)混凝土的保溫和養(yǎng)護(hù)

1、在大體積混凝土保溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土核心溫度、內(nèi)表溫差以及降溫速率的監(jiān)測(cè)工作，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)有效地調(diào)整溫控方案，將溫度監(jiān)測(cè)與溫控措施緊密的聯(lián)系在一起，真正做到監(jiān)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)溫控方案。

2、在大體積混凝土保溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，為防止混凝土的徐變與溫度發(fā)展不協(xié)調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生，帶來(lái)不必要的問(wèn)題，盡量不得采用強(qiáng)制、不均勻的降溫措施，例如水管冷卻。

3、當(dāng)混凝土模板采用木質(zhì)模板時(shí)，應(yīng)考慮到木質(zhì)模板的保溫效果，確定具體拆模時(shí)間。

結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理較為復(fù)雜，合理的選擇混凝土的原材料，合理的設(shè)計(jì)混凝土的配合比，降低混凝土中的水泥用量，增強(qiáng)混凝土的抗裂性能可以有效的避免大體積結(jié)構(gòu)物溫度裂縫的出現(xiàn)。本文僅對(duì)大體積混凝土溫度裂縫提出了簡(jiǎn)單的控制措施?？傊?，只有對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行正確分析才能從根本上予以防治，從而確保工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡章貴. 大體積混凝土溫度裂縫的成因與控制[J]. 中國(guó)科技信息,2011,08:78-79.

[2]樓偉中,周雄杰. 大體積混凝土溫度裂縫控制的分析與研究[J]. 中國(guó)水運(yùn)(下半月),2012,10:252-254.