大體積混凝土基礎(chǔ)裂縫的控制

董 彥 剛

(山西宏廈建筑工程第三有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

?

大體積混凝土基礎(chǔ)裂縫的控制

董 彥 剛

(山西宏廈建筑工程第三有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

結(jié)合大體積混凝土基礎(chǔ)裂縫的常見(jiàn)形式，分析了混凝土裂縫的產(chǎn)生原因，并從控制水泥水化熱、控制混凝土澆筑入模溫度、降低溫度應(yīng)力等方面，提出了防治大體積混凝土裂縫的措施。

大體積混凝土，施工裂縫，水化熱，溫度應(yīng)力

0 引言

進(jìn)入2000年以來(lái)，隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，工程建設(shè)行業(yè)更是轟轟烈烈，隨處可見(jiàn)塔吊林立，大規(guī)模的工程建設(shè)促進(jìn)了建筑施工技術(shù)的發(fā)展，大體積混凝土的施工技術(shù)就是其中的一項(xiàng)，比如高層及中高層民用建筑的筏板基礎(chǔ)、工業(yè)廠房及構(gòu)筑物的基礎(chǔ)，在施工的過(guò)程當(dāng)中，廣泛采用的是大坍落度商品混凝土，因混凝土的方量異常的大，導(dǎo)致混凝土基礎(chǔ)時(shí)常出現(xiàn)施工裂縫，對(duì)建筑物的質(zhì)量造成重大隱患，因此我們從混凝土的原材料及混凝土的施工過(guò)程當(dāng)中，尋找預(yù)防和控制裂縫的措施，從混凝土的抗裂、抗?jié)B、抗侵蝕三方面的性能的探索，具體指導(dǎo)混凝土的施工。

1 大體積混凝土的概述

1)大體積混凝土：大體積混凝土同時(shí)具備兩個(gè)條件：a.混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體的外形尺寸長(zhǎng)、寬、高都不小于1 m；b.混凝土中膠凝材料的水化熱，引起混凝土的溫度變化，使混凝土產(chǎn)生有害的施工裂縫。

2)具備大體積混凝土基礎(chǔ)的特性有：混凝土基礎(chǔ)的長(zhǎng)、寬、高比一般基礎(chǔ)的尺寸都大很多；混凝土基礎(chǔ)的基坑很深，深基坑的防護(hù)難度大；混凝土基礎(chǔ)內(nèi)部的高溫需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能降下來(lái)；混凝土基礎(chǔ)施工措施不當(dāng)常會(huì)出現(xiàn)施工裂縫。

3)大體積混凝土基礎(chǔ)的裂縫形式，大致可分為兩類:一類是結(jié)構(gòu)性裂縫，通常由外荷載引起的裂縫；另一類是非結(jié)構(gòu)性裂縫，即混凝土的溫度、濕度、收縮和膨脹等變形因素變化引起的裂縫。根據(jù)混凝土施工的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，大體積混凝土基礎(chǔ)的裂縫中，結(jié)構(gòu)性裂縫所占概率很小，非結(jié)構(gòu)性裂縫達(dá)到95%以上，結(jié)構(gòu)性裂縫可通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給予解決，但是非結(jié)構(gòu)性裂縫常發(fā)生在施工過(guò)程當(dāng)中，下面就非結(jié)構(gòu)性裂縫的形成原因和控制方法作一些探討和分析。

4)非結(jié)構(gòu)性裂縫，通常是因?yàn)榇篌w積混凝土基礎(chǔ)的工程實(shí)際長(zhǎng)度超長(zhǎng)、超寬、超厚的外輪廓尺寸和成分含量超大，導(dǎo)致混凝土基礎(chǔ)在成型過(guò)程中產(chǎn)生了大量的水泥水化熱，混凝土基礎(chǔ)隨著內(nèi)部的溫度的不斷升高、下降的變化而產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的熱脹和冷縮現(xiàn)象，即混凝土的溫度收縮應(yīng)力，當(dāng)混凝土的溫度收縮應(yīng)力超過(guò)其自身的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就產(chǎn)生裂縫，這種裂縫通常被稱之為非結(jié)構(gòu)性裂縫。因此，控制大體積混凝土基礎(chǔ)的溫差，是控制大體積混凝土基礎(chǔ)施工質(zhì)量的重要措施之一。

5)混凝土基礎(chǔ)的溫差裂縫的表現(xiàn)形式通常有兩種：即貫穿性裂縫和表面裂縫，當(dāng)混凝土基礎(chǔ)的表面溫度和對(duì)混凝土基礎(chǔ)表層的溫度的差值，與混凝土表層溫度和混凝土環(huán)境溫度的差值大于25 ℃時(shí)，混凝土基礎(chǔ)表面的溫度應(yīng)力就超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度，這種情況出現(xiàn)時(shí)，混凝土基礎(chǔ)的上表面和側(cè)面出現(xiàn)表面裂縫;此時(shí)，混凝土基礎(chǔ)的內(nèi)部，溫度依然在繼續(xù)升高，大約在混凝土成型的2 d～4 d之內(nèi)，溫度會(huì)達(dá)到最高值，之后溫度開(kāi)始下降，溫度不能下降太快，一天不能超過(guò)2 ℃，否則，混凝土內(nèi)部的收縮變形受到混凝土基礎(chǔ)外部條件的限制，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)的拉應(yīng)力太大，混凝土的極限抗拉強(qiáng)度抗不住時(shí)，沿混凝土的截面出現(xiàn)通縫。貫穿性裂縫和表面裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)體產(chǎn)生的危害性很大，降低了混凝土的耐久性；降低了建筑結(jié)構(gòu)的剛度；降低了建筑物的使用壽命。

2 大體積混凝土基礎(chǔ)裂縫的防治措施

2.1 控制水泥的水化熱

1)水泥的選擇。

大體積混凝土的水泥選擇有定性的要求，選用水化熱比較低的水泥，水泥3 d的水化熱在240 kJ/kg以內(nèi)，7 d的水化熱在270 kJ/kg以內(nèi)，低水化熱水泥常選用比如礦渣硅酸鹽水泥，復(fù)合水泥。混凝土基礎(chǔ)的水灰比通常為0.55，混凝土的水泥用量控制在380 kg/m3之內(nèi)，水的用量控制在175 kg之內(nèi)。另外，還可以采用定制水泥解決體積量超大的混凝土的水化熱問(wèn)題。

2)水泥的用量。

水泥的用量在混凝土基礎(chǔ)中決定混凝土基礎(chǔ)內(nèi)部溫度的最高值，水泥越多混凝土內(nèi)部溫度會(huì)越高，水泥減少混凝土內(nèi)部溫度會(huì)相應(yīng)下降，在保證混凝土基礎(chǔ)的強(qiáng)度不變的情況下，混凝土中水泥的用量盡量降低，而混凝土的強(qiáng)度一般采用混凝土的60 d或90 d強(qiáng)度。

另外，在混凝土的試配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，除了使用礦渣水泥、混凝土的后期強(qiáng)度外，還可以摻加粉煤灰、礦粉。大量的數(shù)據(jù)顯示，摻加了粉煤灰、礦粉的大體積混凝土，在體積相同、周圍環(huán)境條件相同的情況下，混凝土內(nèi)部的水化熱溫度能夠降低15 ℃左右。當(dāng)然，粉煤灰和礦粉的用量也不能太多，否則會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度。

3)循環(huán)水降溫。

根據(jù)混凝土基礎(chǔ)的厚度，每間隔1.5 m左右，設(shè)置一層循環(huán)水管，通入循環(huán)冷水，當(dāng)混凝土內(nèi)部的溫度超過(guò)規(guī)定數(shù)值時(shí)，加快冷水的流速，來(lái)降低混凝土內(nèi)部的溫度；混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，則放慢冷水的流速。

4)摻加石塊。

如果大體積混凝土基礎(chǔ)內(nèi)沒(méi)有鋼筋或鋼筋量比較少時(shí)，可以摻加一些大石塊，大石塊(MU>C40)含量約占混凝土總量的20%，來(lái)減少混凝土的方量，從而降低混凝土的水化熱。

2.2 控制混凝土澆筑的入模溫度

根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)計(jì)算分析，入模溫度是混凝土溫升的基礎(chǔ)，入模溫度低，混凝土的最高溫度就低，所以降低混凝土的入模溫度從攪拌站混凝土的原材料開(kāi)始，把混凝土的入模溫度控制在20 ℃以內(nèi)。因此周圍環(huán)境的溫度很重要，如果在冬季施工，需要對(duì)混凝土的原材料進(jìn)行加溫和對(duì)混凝土的運(yùn)輸工具采取保溫措施；如果夏季氣溫過(guò)高，需要對(duì)混凝土的原材料遮陽(yáng)、澆水，混凝土的運(yùn)輸工具遮陽(yáng)等降溫措施。而常溫條件下是非常有利于施工大體積混凝土的，施工成本會(huì)低很多。

2.3 大體積混凝土施工過(guò)程中的溫度控制措施

1)混凝土基礎(chǔ)的測(cè)溫點(diǎn)的設(shè)置。

根據(jù)基礎(chǔ)的整體形狀，從代表性和對(duì)稱性兩個(gè)方面設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)，通常為通過(guò)基礎(chǔ)中心的兩個(gè)豎向的半交叉剖面，沿剖面的豎向設(shè)置測(cè)溫線，每個(gè)剖面不少于三條測(cè)溫線，間隔1 m；沿剖面的橫向設(shè)置四條測(cè)溫線，間距約為8 m。豎向測(cè)溫線和橫向測(cè)溫線的交叉位置設(shè)為測(cè)溫點(diǎn)。測(cè)溫點(diǎn)沿剖面的豎向和橫向?qū)ΨQ、對(duì)齊。混凝土基礎(chǔ)的表面測(cè)溫點(diǎn)和表層的測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)量和位置互相對(duì)應(yīng)?；炷粱A(chǔ)的環(huán)境測(cè)溫點(diǎn)至少設(shè)兩處以上。

2)混凝土的測(cè)溫要求。

在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)部敷設(shè)穩(wěn)固的測(cè)溫點(diǎn)，澆筑混凝土前各測(cè)溫點(diǎn)的溫度為混凝土的環(huán)境溫度，當(dāng)混凝土首次覆蓋測(cè)溫點(diǎn)時(shí)的溫度為這點(diǎn)的入模溫度，之后混凝土的溫度開(kāi)始發(fā)生變化，按規(guī)定時(shí)間記錄混凝土的溫度?；炷恋淖畲鬁厣秊椋盟鶞y(cè)得的同一點(diǎn)位的最高溫度值減去同一點(diǎn)位的入模溫度值，也就是混凝土的溫升峰值。

3)混凝土的測(cè)溫頻率。

混凝土基礎(chǔ)內(nèi)部的最高溫度通常在混凝土澆筑后的第2天～第4天之間達(dá)到最高值，所以第1天～第4天，每4 h測(cè)一次；第5天～第7天，每8 h測(cè)一次；第7天至測(cè)溫結(jié)束，每12 h測(cè)一次。

4)混凝土的溫差控制。

按規(guī)定的測(cè)溫時(shí)間，應(yīng)用信息化管理，及時(shí)了解混凝土的內(nèi)、外溫度的變化情況，采取外部保溫、內(nèi)部降溫的措施，將混凝土表面和混凝土表層的溫差、混凝土內(nèi)部豎向相鄰兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫差通過(guò)溫度控制措施使溫差不要超過(guò)25 ℃；當(dāng)混凝土的表面與表層溫差下降到25 ℃或以下時(shí)，可以考慮拆除混凝土的保溫措施，當(dāng)混凝土的表面與表層溫差低于20 ℃時(shí)停止測(cè)溫?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)時(shí)間盡量延長(zhǎng)，不能過(guò)快降溫，防止溫度應(yīng)力導(dǎo)致有害裂縫的出現(xiàn)?；炷恋慕禍厮俣让刻觳怀^(guò)2 ℃。

5)混凝土的最大溫升。

混凝土基礎(chǔ)的施工準(zhǔn)備階段，要大量收集施工地的氣溫信息、環(huán)境信息、原材料信息、工人信息、機(jī)械信息等等，做好充足的準(zhǔn)備工作，預(yù)計(jì)混凝土基礎(chǔ)內(nèi)部的最高溫度升高值，最好不要超過(guò)50 ℃，但是混凝土的最高溫升也需要靈活應(yīng)用，當(dāng)混凝土的入模溫度低時(shí)，最大溫升可小幅超過(guò)50 ℃；當(dāng)混凝土的入模溫度較高時(shí)，混凝土的最大溫升必須得控制?；炷恋淖罡邷厣蓞⒖脊剑篢max=T0+WQ/(Cρ)。

6)混凝土的施工程序。

根據(jù)混凝土基礎(chǔ)的實(shí)際情況，安排合理的施工順序，放慢分層澆筑的速度，澆筑混凝土的分層厚度控制在30 cm～50 cm之間。

2.4 改善混凝土基礎(chǔ)的約束條件，降低溫度應(yīng)力

1)對(duì)超長(zhǎng)的混凝土基礎(chǔ)的施工，設(shè)置變形縫、后澆帶或分倉(cāng)施工，能有效的降低混凝土內(nèi)部的水化熱。

2)如果混凝土基礎(chǔ)的地基為巖石或混凝土的墊層很厚，基礎(chǔ)施工前可以在墊層上面刷三遍熱瀝青或鋪一層SBS卷材作為滑動(dòng)層；用聚苯乙烯泡沫板貼在基礎(chǔ)四周模板的內(nèi)側(cè)作為緩沖層，減少對(duì)基礎(chǔ)的硬防護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

在混凝土基礎(chǔ)的施工過(guò)程中體會(huì)到，影響基礎(chǔ)施工的因素很多，為減少混凝土的施工裂縫，我們從材料方面、施工環(huán)境方面做了很多的工作，對(duì)裂縫控制的效果還是不錯(cuò)的，因此制定經(jīng)濟(jì)合理、施工方便、優(yōu)化的施工方案，保證建筑物基礎(chǔ)的施工質(zhì)量還是確實(shí)可行的。

Control of mass concrete crack control

Dong Yangang

(ShanxiHongshaBuildingEngineering3rdCo.,Ltd,Yangquan045000,China)

Combining with common mass concrete foundation cracks, the paper analyzes concrete cracking causes, and puts forward mass concrete cracks preventing measures from aspects of controlling cement hydration heat, controlling concrete grouting modeling temperature and reducing temperature stress.

mass concrete, construction crack, hydration heat, temperature stress

1009-6825(2017)07-0085-02

2016-12-23

董彥剛(1976- )，男，工程師

TU755.7

A