大體積混凝土裂縫的成因及其控制措施——以廈門某工程為例

■張學(xué)東 ■福建永泰建筑工程公司，福建 廈門 361004

1 工程概況

某綜合樓位于廈門市湖里區(qū)寨上社區(qū)，總建筑面積15797m2，地上九層，地下兩層，該工程于2013 年3 月正式動工，地下室總面積4592，地上11332m2。該工程筏板基礎(chǔ)施工正值盛夏，在施工中采用“信息化”施工，以掌握大體積混凝土的水化熱大小以及混凝土內(nèi)部不同嘗試溫度場的升降變化規(guī)律，隨時監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫度情況，有針對性地采取相應(yīng)的技術(shù)措施，有效地防止了貫穿縫的出現(xiàn)，保證了大體積混凝土的施工質(zhì)量。

2 大體積混凝土的溫度裂縫成因分析

2.1 表面裂縫——產(chǎn)生在混凝土升溫階段

大體積混凝土在硬化期間的水泥水化過程，會釋放大量的水化熱，使混凝土中心及基礎(chǔ)塊中部區(qū)域產(chǎn)生很高的溫度(基礎(chǔ)塊厚度越大，溫度越高)，而混凝土表面和邊界受氣溫影響，溫度較低，這樣形成較大的內(nèi)外溫差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)溫差超過一定的限度，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力極易使新澆筑混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.2 收縮裂縫——產(chǎn)生在混凝土降溫階段

當(dāng)混凝土降溫時，混凝土由于逐漸散熱而產(chǎn)生收縮;在混凝土硬化過程中，由于混凝土內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)，以及膠質(zhì)體的膠凝等作用，促進了混凝土的收縮。這兩種收縮在進行時由于受到基底及結(jié)構(gòu)本身的約束，以致產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力(拉應(yīng)力)，當(dāng)這種收縮應(yīng)力超過一定的限度，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力就會在新澆筑混凝土基礎(chǔ)中產(chǎn)生收縮裂縫。這種收縮裂縫有時會貫穿混凝土基礎(chǔ)全斷面，成為結(jié)構(gòu)性裂縫。

3 大體積混凝土裂縫控制技術(shù)措施

由以上分析，大體積混凝土引起裂縫的主要原因:水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期溫升和后期降溫現(xiàn)象。為此在本工程大體積混凝土施工中，主要采取下列措施來降低水化熱。

3.1 混凝土材料質(zhì)量控制措施

(1)所用材料必須符合現(xiàn)行國家標準規(guī)定;(2)水泥選用中低水化熱的水泥品種，本工程選用為42.5 級礦渣硅酸鹽水泥來配制混凝土，減少水化熱，降低混凝土的溫升值。并盡量選用后期強度(90 或120天)，在混凝土中摻適量粉煤灰，降低水泥用量，以減少水化熱量;(3)充分利用混凝土后期強度，根據(jù)試驗每增減10kg 水泥，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升降1℃，因此，盡量減少每立方米混凝土的水泥用量;(4)混凝土澆筑適當(dāng)預(yù)留一些孔道，采取通冷水或冷氣降溫;(5)在拌合混凝土?xí)r，通過摻人適量的微膨脹劑或膨脹水泥使混凝土得到補償收縮，減少混凝土的溫度應(yīng)力;(6)摻加磨細粉煤灰和減水劑，以減少每立方米混凝土的水泥用量和用水量;(7)粗細骨料的選擇:①采用5mm～31.5mm 的連續(xù)級配碎石，即可在相同水灰比情況下減少每立方米混凝土的用水量和水泥用量;②采用中砂以減少每立方米混凝土的用水量和水泥用量;③并嚴格控制砂、石子含泥量，降低水灰比，本次施工石子含泥量控制在1%之內(nèi)，砂的含泥量控制在2%之內(nèi)，加強振搗，以提高混凝土的密實性和抗拉強度;(8)采用良好可泵性的混凝土配合比，混凝土坍落度控制在14cm，混凝土初凝的時間要求大于10h;(9)控制混凝土料出機溫度。在混凝土料中，對混凝土出機溫度影響最大的是石子和水的溫度，砂則次之。為了降低混凝土料的出機溫度，施工時在砂、石堆場搭設(shè)了簡易遮陽裝置，必要時向骨料噴冷水。水是經(jīng)檢測合格的深井地下水，以降低混凝土攪拌和澆筑的溫度;(10)控制混凝土澆筑溫度。混凝土攪拌機出料后，經(jīng)攪拌車運輸、卸料、泵送、下料、振搗、平倉等工序后的混凝土溫度即澆筑溫度也需要加以控制。在混凝土澆筑時每一車測溫度及坍落度檢測并記錄，混凝土攪拌車到場等待時，采用往攪拌罐上噴冷水等措施，來控制混凝土的澆筑溫度。

3.2 大體積混凝土施工措施

(1)混凝土采用商品混凝土，攪拌車運輸，泵送入模，由于混凝土方量較大一次性澆筑完成，在混凝土入模時，采取措施以加強模內(nèi)的通風(fēng)，加速模內(nèi)熱量的散發(fā);(2)根據(jù)商品混凝土的流動性大的特點，本次施工采用“四臺泵車從四角度同時澆筑、段定點、澆筑人員固定、薄層澆筑、循序推進、一次到頂”的斜面澆筑方法，以縮小混凝土暴露面積及增大澆筑強度等措施以縮短澆筑時間;(3)分層澆筑混凝土，，將混凝土澆筑按照后澆帶位置分為兩部分，兩部分同時施工，每一部分配備一臺混凝土泵送機，采用階梯斜面分層式澆筑法進行澆筑施工，每一層的厚度控制在40cm 左右，按照圖1 所示的示意圖進行分層澆筑。整個澆筑過程要有監(jiān)理人員及相關(guān)技術(shù)人員在現(xiàn)場指導(dǎo)，各澆筑層之間的間歇時間不得低于混凝土的初凝時間，待混凝土達到一定的強度后再進行下一層的澆筑;(4)混凝土泵送時，優(yōu)先供應(yīng)中間泵位，使混凝土澆筑呈突弧形向前進行，以便混凝土泌水隨混凝土澆筑流向兩側(cè)，再用軟軸水泵及時排除泌水。在收頭處澆筑時，采用反向斜面分層，使泌水上升形成一集水溝，便于抽除;(5)混凝土表面處理:在混凝土初凝前1h～2h，先用長括尺按標高刮平，然后在混凝土初凝前用工具打磨抹壓2 次，并用硬掃帚刷混凝土表面，以閉合早期收縮裂縫。

圖1 混凝土分層澆筑示意圖

3.3 底板降排水處理

本工程地基土為強風(fēng)化礫泥質(zhì)砂巖，底板直接與地基土接觸，存在承壓裂隙水滲出的可能性，這就要求做好地基土降排水工作。結(jié)合本工程特點，選用盲溝加集水井的方式進行降排水，處理后應(yīng)達到水面低于墊層底面至少30cm。集水井一般設(shè)置在開挖較深的電梯井、柱墩等位置，與擋土墻相距至少2m。在基礎(chǔ)底板墊層施工完成后混凝土工程施工前設(shè)置并開挖集水井和盲溝，并加設(shè)墊層和防水層。

3.4 大體積混凝土養(yǎng)護措施

大體積混凝土工程的養(yǎng)護要做好混凝土的溫差控制工作，混凝土在水化過程中會釋放大量的水化熱，在大體積混凝土中這部分水化熱很難較快的散失，因此會使得混凝土內(nèi)部溫度急劇上升，內(nèi)外會產(chǎn)生較大的溫度差，誘發(fā)溫縮裂縫。本工程選用在底板內(nèi)部埋設(shè)循環(huán)水管的方法降低混凝土內(nèi)部的溫度，循環(huán)水管選用直徑為20mm 的鋼管，設(shè)置在底板中線偏下的位置，沿水平方向均勻布置，管間距為80cm，鋪設(shè)時盡量與鋼筋直接接觸，利用鋼筋良好的導(dǎo)熱性能促進其降溫。除做好大體積混凝土內(nèi)部降溫工作外，還必須做好混凝土內(nèi)部的溫度檢測工作，對混凝土內(nèi)部溫度進行實時監(jiān)測，確?；炷羶?nèi)外溫差不超過規(guī)范要求。溫度監(jiān)測設(shè)備主要包括溫度探頭和溫度儀，溫度探頭一般埋設(shè)在混凝土內(nèi)部，通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳導(dǎo)給溫度儀，溫度)儀再對各點傳來的溫度進行綜合處理分析。溫度監(jiān)測點一般設(shè)置在混凝土的上表面、中心處以及下表面，每個監(jiān)測點可設(shè)置3 個溫度探頭。在混凝土開始水化后就要進行溫度監(jiān)測工作，每隔三小時進行一次數(shù)據(jù)采集，混凝土內(nèi)外溫差不得超過25℃，發(fā)現(xiàn)溫度異常情況必須采取有效措施進行處理。

4 保溫保濕措施

大體積混凝土由于混凝土硬化期間所釋放的大量水化熱聚集在大體積混凝土的中心部位，使中心部位的溫度急劇上升，與上表面溫度形成較大的溫差，這會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，因此必須對大體積混凝土采取一定的保溫保濕措施。在本工程大體積混凝土采用的保溫措施是在塑料薄膜保溫基礎(chǔ)上加蓋2 層草包，在混凝土表面四周砌墻放水在表面養(yǎng)護，經(jīng)過22d 的水養(yǎng)護監(jiān)控測試溫度結(jié)果，大體積混凝土基礎(chǔ)養(yǎng)護結(jié)束后檢查，沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫，表明這種措施是有效的。

5 大體積混凝土澆筑采用切實可行的施工預(yù)案

5.1 施工準備

(1)技術(shù)準備:包含測溫孔的步驟，現(xiàn)場大體積混凝土澆注的施工順序，澆注的具體溫度計算及相關(guān)的混凝土原材的技術(shù)要求等;(2)施工現(xiàn)場準備;(3)設(shè)備配備;(4)混凝土澆筑施工機具配置。

5.2 混凝土澆筑

(1)大體積混凝土施工流程;(2)大體積混凝土施工;(3)施工縫施工;(4)大體積混凝土溫度計算;(5)模板的側(cè)壓力計算;(6)質(zhì)量管理;(7)安全管理;(8)文明施工及環(huán)保、環(huán)衛(wèi);(9)保證混凝土連續(xù)澆筑的應(yīng)急預(yù)案。

在施工準備過程中，施工方召集了專家組對施工方案進行研討和評審，邀請了工程結(jié)構(gòu)裂縫控制相關(guān)專家到施工現(xiàn)場作專題講座，項目部還組織相關(guān)單位和人員進行多次交流和交底，真正做到了精心組織、周密安排。施工過程中，項目部全員參與，嚴格按照施工方案的組織體系，輪班上崗，實行“一泵一組，全程全檢”的管理制度，混凝土公司預(yù)留一臺泵車備用，一臺發(fā)電機等整個施工過程嚴格受控，在項目部員工的奮力拼搶下24 小時內(nèi)完成筏板基礎(chǔ)大體積混凝土澆筑。比原計劃提前安全保質(zhì)地完成了施工任務(wù)。并得到監(jiān)理和業(yè)主的一致認可和好評。第一次大體積混凝土澆筑工作，為工程下一階段的順利進行打下了堅實基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

通過以上技術(shù)措施和嚴密的監(jiān)控，本工程筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工取得了較好的效果，未出現(xiàn)任何影響混凝土質(zhì)量的問題。實踐表明，只要我們嚴格控制大體積混凝土的水泥用量，選用低水化熱水泥，摻加合適的混合材料和外加劑，優(yōu)化混凝土配合比，提高混凝土攪拌及運輸質(zhì)量;合理選擇澆灌時間，完善澆筑工藝，提高澆筑、振搗和平倉等操作質(zhì)量以及加強養(yǎng)護工作，以提高混凝土澆筑全過程的施工工藝水平來提高混凝土的抗裂度，這樣在常規(guī)施工情況下亦能完全控制和防止大體積混凝土的溫度裂縫。