大體積混凝土施工過程裂縫控制

康志遠(yuǎn)

摘要：因大體積混凝土的內(nèi)外溫差所產(chǎn)生的裂縫一直是困擾建筑施工的難題。結(jié)合某地下特大體積混凝土的施工實際，分析了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因以及控制措施，并闡述了相關(guān)裂縫控制的施工技術(shù)以及收到的實際效果。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；水化熱；施工縫；通水冷卻法

一、工程簡介

某工程共包括主站屋、行包房、內(nèi)部用房等幾個單體。主站屋西側(cè)為行包房，東側(cè)為內(nèi)部用房，建筑總面積約為56718m2，其中地上為48767m2，地下為7951m2，高架站房主體檐口高度為24.2m，中心制高點高度約為42.000，屋蓋φ270m，工程底板長超過200m，寬接近80m，厚1.5m，承臺最厚達(dá)6m。底板承臺混凝土標(biāo)號為C45，面積之大，混凝土總澆筑量超過1萬m3，屬大體積混凝土。本工程地下通道結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計及規(guī)定分成若干段進(jìn)行施工，中間設(shè)置橡膠止水帶。筏板基礎(chǔ)按照設(shè)計要求留設(shè)后澆帶。本工程平面超長，整個建筑體型超大，為盡量避免由于溫度、收縮等因素產(chǎn)生有害裂縫的要求，在施工過程中平面上間隔40m～60m設(shè)置后澆帶，將地下室結(jié)構(gòu)劃分為6個區(qū)域，后澆帶寬為1.0m。

二、大體積混凝土裂縫成因分析

本工程為市重大實事工程，為保萬無一失，我們在施工前即對大體積混凝土可能產(chǎn)生裂縫的原因，進(jìn)行了仔細(xì)的分析和研究，并擬定了相對應(yīng)的防范措施，以備無患。一般而言，大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因可分為內(nèi)在與外在兩類：內(nèi)在原因是混凝土澆筑時水泥釋放大量水化熱且混凝土是熱的不良導(dǎo)體，混凝土的力學(xué)特性如收縮、徐變；外在原因是混凝土處在冷熱交替的環(huán)境中，一般會受到較強的外界約束。

1.水泥水化熱的影響

混凝土澆筑過程中的熱源來自于水泥的水化生熱，大體積混凝土熱傳導(dǎo)方程：

[δTδt]=[?]2T+[1ρc][δQδt] （1）

其中：a——混凝土導(dǎo)溫系數(shù)，a=[λ/ρc]；Q——混凝土熱源函數(shù)；λ——混凝土導(dǎo)熱系數(shù)。

水泥水化熱可以表示成絕熱溫升的函數(shù)，而絕熱溫升函數(shù)一般有指數(shù)式、復(fù)合指數(shù)式和雙曲線式。水泥水化熱一般是在澆筑后短期內(nèi)集中放熱。放熱速度一般和混凝土的配合比，水泥種類有直接關(guān)系。由于大量的水化熱集聚在混凝土內(nèi)部緩慢釋放出來，故一般地，混凝土中心溫度高，而外表面溫度較低，因而在混凝土內(nèi)外產(chǎn)生較大的溫度梯度，使其內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。而當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。

2. 外界氣溫濕度變化的影響

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生有較大影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

三、大體積混凝土裂縫的控制措施

根據(jù)工程實踐，基于“抗放結(jié)合”的裂縫控制原則，為了防止大體積混凝土裂縫產(chǎn)生，可以從設(shè)計和施工手段兩個方面考慮，最大限度的降低溫差和減小混凝土的收縮達(dá)到裂縫控制的目的。

1.設(shè)計措施

設(shè)計時宜采用中低強度混凝土，避免采用高強度混凝土。為了控制大體積混凝土的表面收縮裂縫，可以適當(dāng)采取在承臺表面合理增加分布鋼筋用量的措施，雖然單靠增加分布鋼筋用量不能明顯的防止裂縫出現(xiàn)，但適當(dāng)增加分布鋼筋的用量可以加強結(jié)構(gòu)的整體性和減小溫度裂縫的寬度。大體積混凝土工程施工中如果允許設(shè)置水平施工縫，應(yīng)根據(jù)溫度裂縫的要求進(jìn)行分塊，且設(shè)置必要的連接方式。

2.材料選擇與制備

混凝土內(nèi)本身產(chǎn)生熱量的只有水泥，選用低熱水泥成為降低混凝土內(nèi)部溫升和防裂的重要手段。選擇合理的混凝土的配合比設(shè)計，可以有效的降低水泥產(chǎn)生的水化熱。對選用的低熱水泥還希望早期強度高、后期強度仍增長、彈模低、徐變大、自生體變?yōu)榕蛎浶汀Ｍ瑫r，適當(dāng)?shù)臏p少水泥用量，并嚴(yán)格控制骨料的質(zhì)量。

3.合理組織施工

實踐證明，合理組織施工是經(jīng)濟(jì)而有效的措施。在安排混凝土的施工季節(jié)時，可注意以下幾點：第一，盡量避免酷暑、嚴(yán)寒的氣候下施工；第二，不同的混凝土塊對混凝土澆筑溫度及內(nèi)部水化熱溫升不相同；合理組織大體積混凝土施工包括：①降低混凝土澆筑溫度應(yīng)從降低混凝土的出機口的溫度和減少運輸途中倉面的溫度回升兩方面著手；②合理控制間歇期?；炷翆娱g間歇期從散熱、防裂及施工作業(yè)方面綜合分析后，提出合理間歇期。

4.采取有效的施工技術(shù)措施

（1）分塊澆搗、化整為零

在施工過程中，通過設(shè)置合理的變形縫、后澆帶、施工縫等將大體積混凝土分成多塊，分塊、分層澆搗從而減小混凝土的收縮變形。

（2）通水冷卻

通水冷卻是混凝土溫度控制的有效措施之一。通過冷卻水循環(huán)，降低混凝土內(nèi)部溫度，減小內(nèi)表溫差，控制混凝土內(nèi)外溫差。通過測溫點測量，掌握內(nèi)部各測點溫度變化，以便及時調(diào)整冷卻水的流量，做到及時控制溫差。當(dāng)內(nèi)外溫差過高，而流量的控制效果不明顯時，可將冷卻水管的出口處的熱水澆灌于混凝土的表層，提高表層混凝土的溫度，從而更好的控制內(nèi)外溫差。上海的經(jīng)貿(mào)大廈底板以及閔浦大橋承臺大體積混凝土便采用了冷卻水管，對降低混凝土內(nèi)部溫度控制內(nèi)外溫差起到一定的作用。

5.表面保溫

保溫的目的是減小混凝土表面與內(nèi)部溫差及表面混凝土的溫度梯度，防止表面裂縫的發(fā)生。保溫層兼有保濕的作用，如果用濕砂層、潮濕鋸末層，積水保濕效果尤為突出。保溫養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)保持混凝土表面濕潤，保濕可以提高混凝土的表面抗裂能力。在大體積混凝土施工中可因地制宜地采用保溫性能好的保溫養(yǎng)護(hù)材料。在施工工期要求內(nèi)，盡量采用自然散熱的方式。

6.有限元模擬分析

早期混凝土內(nèi)部溫度場分布隨齡期的變化，可以把混凝土認(rèn)為是均勻、正交各向同性材料，根據(jù)采用的混凝土各項準(zhǔn)確參數(shù)、邊界條件、環(huán)境溫度等對實際工程進(jìn)行有限元模擬分析，得出其內(nèi)部最高溫度、澆注后各個時間段的溫度場以及內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)律。根據(jù)結(jié)果考慮是否采用冷卻水管降溫，并對布置冷卻水管后進(jìn)行有限元模擬分析，用以指導(dǎo)實際的施工。

四、信息化施工

本工程澆注采用“分段定點、一個坡度、薄層澆搗、循序漸進(jìn)”的方法；混凝土終凝后立即養(yǎng)護(hù)，采用兩層薄膜兩層麻袋覆蓋進(jìn)行保濕、保溫養(yǎng)護(hù)，并根據(jù)溫差情況進(jìn)行及時調(diào)整。在混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)過程中進(jìn)行實時的溫度監(jiān)控，能直接觀察到其混凝土內(nèi)部溫度的變化，并及時采取溫控措施，對有效地控制溫度裂縫的產(chǎn)生有重要意義。

1.測溫點布置

測溫點的布置原則為能反映整個大體積混凝土的溫度場及溫度變化規(guī)律的區(qū)域，根據(jù)本工程底板承臺的形狀、對稱性及混凝土的澆搗順序等確定。本工程主要對具有代表性的6.0m承臺處（G、H軸，每個測溫軸豎向布置3個測溫點，分別為距頂面10cm、中間、距底面10cm）的測溫結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)。

2.溫度測試結(jié)果

混凝土在入模后的前1～2d溫度升高很快，平均每天升高17.5℃，達(dá)到最高溫度以后以平均每天1.8℃的速度下降，持續(xù)時間約10d左右，之后的降溫速度放緩。鑒于本工程是在冬季施工，大氣溫度較低，對混凝土表面保溫養(yǎng)護(hù)尤其重要，為降低混凝土內(nèi)外溫差，采用兩層薄膜兩層麻袋覆蓋進(jìn)行保濕、保溫養(yǎng)護(hù)。最大溫差控制在25℃以內(nèi)，有效地預(yù)防了有害裂縫的產(chǎn)生。

五、結(jié)論

本文分析了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的一些主要原因以及解決措施，并在實際工程中得以驗證和應(yīng)用，取得了滿意的效果，為今后其他大體積混凝土的施工具有重要的參考價值和意義。endprint