大體積混凝土施工質(zhì)量事故案例分析

[摘要]本文介紹了高層建筑基礎大體積積混凝土施工過程中易發(fā)生的質(zhì)量事故，并通過廣東省湛江市某工程實例，詳細分析了質(zhì)量事故產(chǎn)生的原因及處理技術。

[關鍵詞] 大體積混凝土 質(zhì)量事故 處理技術

一、概論

近年來，砼的施工技術，仍是“建筑業(yè)10大新技術之一（2010版）”。我國的高層建筑施工技術得到快速的發(fā)展，高層建筑多采用樁基礎、筏式基礎、箱形基礎或樁基與箱形基礎的復合基礎，涉及深基坑支護、樁基施工、大體積混凝土澆筑、深層降水等施工技術。本文重點分析在基礎工程大體積混凝土施工中常見的質(zhì)量事故。

二、問題的引出

（一）定義：我國最新發(fā)布的《普通混凝土配合比設計規(guī)程》中規(guī)定：“混凝土結構實體最小尺寸≥1m，或預計會因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導致裂縫的混凝土”，定義為大體積混凝土。（二）產(chǎn)生質(zhì)量事故原因：大體積混凝土具有結構厚、鋼筋密、混凝土數(shù)量大、工程條件復雜和施工技術要求高等特點。大體積混凝土結構的截面尺寸較大，由外荷載引起裂縫的可能性很小，但水泥在水化反應過程中釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，會產(chǎn)生較大的溫度應力和收縮應力，是大體積混凝土結構出現(xiàn)裂縫的主要原因。

在大體積混凝土施工中，施工不當引起的溫度裂縫主要有表面裂縫和貫穿裂縫兩種。大體積混凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結果。一方面是混凝土由于內(nèi)外溫差產(chǎn)生應力和應變，另一方面是結構物的外約束和混凝土各質(zhì)點的約束阻止了這種應變，一旦溫度應力超過混凝土能承受的極限抗拉強度，就會產(chǎn)生不同程度的裂縫。產(chǎn)生裂縫的主要原因：

（1）沒有注意好原材料的選擇。如骨料級配差、含泥量大、水灰比偏大等。

（2）沒有選用礦渣硅酸鹽水泥和低熱水泥，水泥用量過大，沒有充分利用摻入粉煤灰等摻和料來減少水泥的用量。

（3）沒有嚴格加強混凝土的養(yǎng)護，加強溫度監(jiān)測。

（4）混凝土振搗不密實，影響了混凝土的抗裂性能。

（5）沒有有效減少邊界約束作用。

（6）發(fā)現(xiàn)混凝土溫度變化異常，沒有及時采取有效的技術措施。

（7）沒有選擇合理的混凝土澆筑方案。

（8）混凝土摻用UEA等外加劑時，品種、用量的使用不合理，沒有達到預期效果。

（9）原大體積基礎拆模后，沒有及時回填土，以保溫保濕，使混凝土長期暴露。

三、工程案例

1、[工程背景]廣東省湛江市某工程有兩塊厚2.5m，平面尺寸分別為27.2m×34.5m和29.2m34.5m的板；兩塊厚2m，平面尺寸分別為30m×10m和20m×10m的板。

混凝土所用材料為：P42.5抗硫酸鹽水泥，中砂，花崗巖碎石，其最大粒徑100mm，人工級配5～20mm、20～50mm、50～100mm共三級。

混凝土強度等級：厚2.5m板為C20，抗?jié)B等級為S6，抗凍為D150，其配合比為：水泥：砂：石=1：2.48：5.04。水灰比為0.51，單方水泥用量為262kg/m3，三級級配石子的比例是大：中：小=0.56：0.21：0.23；厚2m板為C20混凝土，B=6，M=300，配合比為：水泥：砂：石=1：2.02：4.71，水灰比為0.46，水泥用量為294kg/m3，石子級配大：中：小=0.55：0.23：0.22。

設計中規(guī)定把上述大塊板分成小塊，間歇施工。其中2.5m厚板每大塊分成6小塊，2m厚板分成10m×10m小塊。

混凝土中摻入0.006%～0.01%的松香熱聚物加氣劑，含氣量控制在3%～5%（用含氣量測定儀控制）。

地基情況：鋼筋混凝土板直接澆筑在微風化的軟質(zhì)巖石地基上，澆筑混凝土前用鋼絲刷及高壓水沖刷干凈。

配筋情況：在距離板的上、下表面50mm處配置，雙向螺紋鋼筋Φ28～36@300。

大塊板分成小塊時，臨時施工縫采用鍵槽形施工縫（圖1）?？p面用人工鑿毛，并設插筋Φ16@500。塊體內(nèi)配置的螺紋鋼筋網(wǎng)在接縫處拉通。

為了進行溫度觀測，在混凝土板中埋設了28個電阻溫度計和87個測溫管，進行了4個多月的溫度觀測。裂縫觀測時用5倍的放大鏡建筑裂縫，用20倍帶刻度的放大鏡測讀裂縫寬度。裂縫情況：

臨時施工縫（即小塊板接縫處）裂開。在一小塊板澆筑后的第6～17d，再澆筑相鄰的另一塊板。當后澆的一塊板達23～42d期間，兩塊板之間的臨時施工縫全部裂開，裂縫寬度為0.1～0.35mm。

表面裂縫。在大部分板的表面都發(fā)現(xiàn)程度不同的裂縫，裂縫寬度為0.1～0.25mm，長度短的僅幾厘米，長的達160cm。裂縫出現(xiàn)時間是拆模后的第1～2d。

裂縫的開展。裂縫是逐漸開展的。如一塊板的第一條裂縫出現(xiàn)拆模后的第一天，裂縫長15cm，最大寬度0.15mm。隔一天裂縫發(fā)展為長40cm，寬0.2mm。臨時施工縫也是由局部的、分段的表面裂縫逐步發(fā)展成為通長的表面裂縫，隨著時間的推移，裂縫向深處發(fā)展，以致全部裂開。

2、[原因分析及處理及處方法]

（1）溫差引起裂縫

由于該工程屬于大體積混凝土，因此水泥水化熱大量積聚，又散發(fā)很慢，造成混凝土內(nèi)部溫度高，表面溫度低，形成內(nèi)外溫差；在拆模前后或受寒潮襲擊，使表面溫度降低很快，造成了溫度陡降（驟冷）；混凝土內(nèi)達到最高溫度后，熱量逐漸散發(fā)而達到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值就是內(nèi)部溫差。這三種溫差都可能導致混凝土裂縫。

1）內(nèi)外溫差、溫度陡降引起的表面裂縫圖2所示為2.5m厚板混凝土澆筑后6d的板內(nèi)溫度分布曲線。這條溫度曲線是用埋入混凝土內(nèi)的電阻溫度計（共5只）測得的。測溫時的氣溫為6℃。從圖中可見，內(nèi)部溫度與表面溫度差值為23℃左右，內(nèi)部溫度與氣溫差達26℃左右。混凝土內(nèi)部溫度高，體積膨脹大，表面溫度低，體積膨脹較小，它約束了內(nèi)部膨脹，在表面產(chǎn)生了拉應力，內(nèi)部產(chǎn)生壓應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，就產(chǎn)生了裂縫。

在有裂縫的板中，多數(shù)受到8～10℃的溫度驟降作用。因此，表面溫度陡降是引起表面裂縫的重要原因。溫度驟降通常出現(xiàn)在拆模前后或寒潮襲擊時，由這種溫差所造成的溫度應力形成較快，徐變影響較小，產(chǎn)生表面裂縫的危險性更大。

2）內(nèi)部溫差引起的裂縫：本例中的板澆灌在巖石地基上，水泥水化熱使內(nèi)部溫度升高，在基巖的約束下產(chǎn)生壓應力，然后經(jīng)過恒溫階段后，開始降溫如圖3所示，混凝土收縮（除了降溫收縮外，還有干縮）在基巖的約束下產(chǎn)生拉應力。由于升溫較快，此時混凝土的彈性模量較低，徐變影響又較大，因此壓應力較小。但經(jīng)過恒溫階段到降溫時，混凝土的彈性模量較高，降溫收縮產(chǎn)生的拉應力較大，除了抵消升溫時產(chǎn)生的壓應力外，在板內(nèi)形成了較高的拉應力，導致混凝土裂縫。這種拉應力靠近基巖面最大，裂縫靠近基巖處較寬，如圖4所示。當板厚較小，基巖約束較大時，拉應力分布較均勻，產(chǎn)生貫穿全斷面的裂縫。

從圖4中可見板內(nèi)部溫差值為37℃。從施工記錄中可見，施工縫會全部裂開時的內(nèi)部溫差僅12～19℃（兩塊大的板溫差12℃左右，一塊小的板溫差19℃），實際溫差都大大超出裂開時的溫差。值得指出的是，尺寸小的板，約束相對減小，其裂縫的溫差相應就增大。

（2）干縮裂縫

混凝土表面干縮快，內(nèi)部干縮慢，表面的干縮受到內(nèi)部混凝土的約束，在表面產(chǎn)生了拉應力，是造成表面裂縫的重要原因之一。

內(nèi)外溫差、溫度陡降與干縮引起的拉應力可能同時產(chǎn)生，幾種應力疊加后，造成裂縫的危險性更大。當表面裂縫與內(nèi)部裂縫的位置接近時，可能導致貫穿裂縫，將影響結構安全。

四、結束語

高層建筑基礎大體積混凝土施工，加強施工過程管理，一定要從材料品質(zhì)的選用（含外加劑的選用）、施工工藝和方法等嚴格把關，才能減少或避免質(zhì)量事故的產(chǎn)生。

[參考文獻]

1、《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50202-2002）2002；

2、高等院校教材《高層建筑地基與基礎》西安建筑科技大學主編，中國建筑工業(yè)出版社出版，2000。

[作者簡介] 謝衍航，男，1976年生，現(xiàn)為建筑施工工程師，研究方向為房屋建筑工程施工與管理。