工程大體積混凝土裂縫控制

揭陽(yáng)市質(zhì)安工程建設(shè)監(jiān)理有限公司

摘要：大體積混凝土施工時(shí)最常見的是裂縫的產(chǎn)生，這些裂縫給整體工程質(zhì)量帶來很大破壞，加強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)以及施工現(xiàn)場(chǎng)所采取的相應(yīng)技術(shù)措施，把砼發(fā)熱的溫差控制在合理的范圍內(nèi)非常重要。本文根據(jù)工程實(shí)際，對(duì)大體積混凝土的溫度裂縫的成因進(jìn)行分析，并提出控制措施。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；成因；措施

1 概述

某綜合性大樓，擬建建筑物主樓23層，高78m，建筑面積約48530m2，主樓地下室底板38.2×30.8m，砼C30，S6防水砼，板厚1500mm，均屬大體積混凝土。大體積混凝土在施工中最主要解決問題是控制溫度裂縫的出現(xiàn)，為確保工程質(zhì)量達(dá)到要求，根據(jù)該工程實(shí)際，對(duì)大體積混凝土的溫度裂縫的成因進(jìn)行分析及提供相應(yīng)的施工方面的技術(shù)措施。

2 大體積混凝土溫度裂縫的成因

2.1水泥水化熱的影響

水泥水化過程中放出大量的熱量，從而使混凝土內(nèi)部升高。尤其對(duì)于大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會(huì)形成溫度梯度，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)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2.2混凝土收縮的影響

混凝土在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(shí)（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

2.3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(duì)防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響?；炷羶?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(huì)愈高；如果外界溫度降低則又會(huì)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(huì)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(duì)混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮，也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3 控制大體積混凝土溫度裂縫的主要技術(shù)措施

3.1 從配合比設(shè)計(jì)方面采取技術(shù)措施

在上述討論的基礎(chǔ)上，合理選擇材料的種類和用量，進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)是控制溫度裂縫的首要前提。配合比設(shè)計(jì)是依據(jù)中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）有特殊要求的混凝土配合比設(shè)計(jì)[1]進(jìn)行。根據(jù)工程要求我們初步優(yōu)選混凝土各種原材料進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)如下：

1）選用本地產(chǎn)塔牌42.5R強(qiáng)度等級(jí)的普通硅酸鹽水泥。

2）在選擇細(xì)骨料時(shí)，采用平均粒徑較大的中粗砂，從而降低混凝土的干縮，減少水化熱量，對(duì)混凝土的裂縫控制有重要作用。細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.9的中砂，在選擇粗骨料時(shí)，可根據(jù)施工條件，盡量選用粒徑較大、質(zhì)量?jī)?yōu)良、級(jí)配良好的礫石。既可以減少用水量，也可以相應(yīng)減少水泥用量，還可以減小混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。粗骨料采用最大粒徑40mm連續(xù)級(jí)配的石灰?guī)r碎石。

3）摻入適量外加劑。摻加適量的減水劑和粉煤灰，它可有效地增加混凝土的流動(dòng)性，且能提高水泥水化率，增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度，從而可降低水化熱，同時(shí)可明顯延緩水化熱釋放速度。摻入水泥用量10%的粉煤灰，不僅節(jié)約水泥，大大改善混凝土和易性和可塑性，降低溫升，減少收縮，提高抗?jié)B能力；摻入水泥用量8%的AUA膨脹劑，可使混凝土在水化作用中出現(xiàn)微小膨脹，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而抵消混凝土收縮時(shí)產(chǎn)生的部分拉應(yīng)力，達(dá)到補(bǔ)償收縮作用，從而提高抗裂性能；摻入水泥用量1%～2%的JZB-3型緩凝高效減水劑，可延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間，降低水化熱，減少用水量，推遲溫峰出現(xiàn)時(shí)間并降低溫峰溫度，大大提高混凝土的抗裂強(qiáng)度。

根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)和坍落度進(jìn)行混凝土設(shè)計(jì)，具體計(jì)算如下：

1）混凝土配制強(qiáng)度：fcu，0≥fcu，k+1.645δ

式中，fcu，k—混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（Mpa）；δ—混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（Mpa）

代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：fcu，0=30 + 1.645×5.0=38.2 Mpa

2）確定計(jì)算水膠比：W/B=（αa×fce）/（fcu，0+αaαb×fce）

式中αaαb—回歸系數(shù)；fce—水泥28d抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值（Mpa）

代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：W/B=（0.46×46.8）/（38.2 + 0.46×0.07×46.8）=0.54

3）按耐久性要求復(fù)核水膠比

查對(duì)符合耐久性要求，因此W/B=0.54滿足耐久性要求。

1）確定用水量

根據(jù)規(guī)程查表5.2.1-2，可得用水量185Kg/m3，由于本配合比摻入外加劑，減水率為20%左右，所以實(shí)際每立方混凝土用水量為：185×（1-20%）=148Kg

2）計(jì)算每立方米混凝土水泥用量

理論每立方米混凝土水泥用量：148/0.54=274 Kg，由于摻加了粉煤灰，水泥用量節(jié)約了10%左右，所以實(shí)際每立方米混凝土水泥用量：274-274×10%=247 Kg

3）根據(jù)施工單位對(duì)坍落度要求和骨料粒徑及水膠比，查表得砂率36%

4）計(jì)算砂、石用量，假定重量=2450 Kg/m3

則每立方米混凝土骨料用量：2450-274-148=2028 Kg

砂用量：2028×0.36=730 Kg/m3 石用量：2028-730=1298 Kg/m3

按照操作規(guī)程制備試件及對(duì)其試驗(yàn)得出結(jié)果如表1所示：

表1 混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

施工

配合比水膠比 含砂率 坍落度 密度

（%）（mm）（Kg/m3）材料用量（Kg/m3）抗壓強(qiáng)度（MPa）抗?jié)B等級(jí)

水泥 砂 石 水 混合料7d 28dP6

0.54 36 132 2450320 685 1217 192 6827.6 39.80.7 MPa不透水

備注：1、每立方混凝土混合物中，其中粉煤灰為32Kg，AUA膨脹劑為26 Kg，JZB-3高效緩凝減水劑為4Kg。

2、本配合比所用材料為絕對(duì)干密度，現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)考慮砂、石含水率，對(duì)其用量作適當(dāng)調(diào)整。

3.2從施工方面采取技術(shù)措施

1）選擇最佳的混凝土澆灌方案，按整體連續(xù)澆灌的要求，采取分層趕漿法及二次振動(dòng)法，分三層，每層厚500mm，沿長(zhǎng)軸方向開始澆筑，當(dāng)進(jìn)行到一定距離后，已澆筑的下層混凝土尚未初凝時(shí)（約3.5小時(shí)）即開始澆筑第二層，這樣依次類推，直至整個(gè)底板澆筑完成（如下圖1所示）。為了保證結(jié)構(gòu)的整體性和混凝土澆筑工作的連續(xù)性，在編制澆筑方案時(shí)，