大體積混凝土裂縫的預(yù)防與控制

鄭述海 潘華衛(wèi) 陳愛民 劉 鵬

(1.山東省建筑科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031；2.濰坊市寒亭區(qū)質(zhì)量安全監(jiān)督站，山東 濰坊 261100； 3.山東寶世達(dá)石油裝備制造有限公司，山東 東營 257506)

大體積混凝土裂縫的預(yù)防與控制

鄭述海1潘華衛(wèi)2陳愛民3劉 鵬1

(1.山東省建筑科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031；2.濰坊市寒亭區(qū)質(zhì)量安全監(jiān)督站，山東 濰坊 261100； 3.山東寶世達(dá)石油裝備制造有限公司，山東 東營 257506)

通過工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及危害，并從原材料、施工工藝等方面詳細(xì)闡述了裂縫的預(yù)防與控制措施，為工程技術(shù)人員的現(xiàn)場操作提供了參考依據(jù)。

大體積混凝土，裂縫，預(yù)防，控制

1 概述

隨著高層建筑的不斷發(fā)展，作為現(xiàn)代化建筑主要原材料的混凝土，越來越被廣泛的應(yīng)用。在高層建筑的基礎(chǔ)或地下室底板中大部分均采用大體積混凝土，由于混凝土自身的特性，不可避免的會在其內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。這些裂縫有的可能已經(jīng)切斷了結(jié)構(gòu)斷面，破壞了結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，危害程度較為嚴(yán)重，稱其為貫穿裂縫；有的可能部分切斷了結(jié)構(gòu)斷面，危害程度比較大，稱其為深度裂縫，如果繼續(xù)發(fā)展，可能會演變成貫穿裂縫，其危害程度會加大；還有的裂縫深度、寬度都很小，稱其為表面裂縫，這種裂縫有可能會發(fā)展成深層裂縫，甚至貫穿裂縫，即使這種裂縫不發(fā)展，也可能影響結(jié)構(gòu)的防滲防水性能，嚴(yán)重的需要加固處理和增加防水層。因此在混凝土尤其是大體積混凝土施工中，避免出現(xiàn)裂縫是至關(guān)重要的[1]。要解決裂縫問題，首先應(yīng)該研究裂縫產(chǎn)生的主要原因，再針對原因采取科學(xué)合理的預(yù)防措施，最后對預(yù)防措施的落實(shí)效果進(jìn)行過程監(jiān)測，便于對裂縫預(yù)防措施的改進(jìn)。

2 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，包括外部荷載的作用、溫度應(yīng)力的作用以及自身的收縮變形等。外部荷載的作用，主要是施工荷載加載時間沒有遵循混凝土硬化的規(guī)律，過早加載或者在初凝后、終凝前加載往往會產(chǎn)生裂縫；溫度應(yīng)力的作用，主要是混凝土內(nèi)部大量的水化熱不能盡快散發(fā)，造成混凝土內(nèi)外溫差大于25 ℃,溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉極限，從而產(chǎn)生了裂縫；混凝土的收縮變形，主要是由于混凝土中20%的水用于硬化，其余的要蒸發(fā)，混凝土處于濕飽和狀態(tài)，體積會膨脹，水分蒸發(fā)后又收縮，這樣體積交替變化，對混凝土很不利，容易產(chǎn)生裂縫。

3 混凝土裂縫的預(yù)防措施及工程實(shí)例

3.1工程實(shí)例

山東聊城某大酒店，其主樓為地下1層，地上12層的高層框架結(jié)構(gòu)，主樓建筑面積約28 000 m2，該工程地下室為筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C30，澆筑混凝土?xí)r屬于大體積混凝土施工，在施工過程中，主要從材料選用、配合比設(shè)計、混凝土攪拌和澆搗、表面保溫設(shè)計、降低混凝土內(nèi)部溫度等方面對混凝土裂縫進(jìn)行了控制和預(yù)防。

3.2材料選用

針對不同的工程、不同的設(shè)計要求，選用不同的水泥，根據(jù)該工程的實(shí)際情況，選用了山水集團(tuán)的東岳牌P.O42.5級中熱硅酸鹽水泥，滿足水泥產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅰ級粉煤灰取代15%的水泥，拌合混凝土采用深井水，降低水泥的水化熱；摻入緩凝劑，從而減緩水泥水化熱的釋放速度，這樣就從混凝土內(nèi)部控制了內(nèi)外溫差過大；加入減水劑和低堿膨脹劑，降低水灰比，減少混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔的形成，使混凝土的收縮與膨脹劑的膨脹作用部分中和，實(shí)踐證明基本能夠滿足減少收縮應(yīng)力破壞裂縫的要求。同時混凝土中的含堿量能夠滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的要求，并且嚴(yán)格控制砂石的含泥量和其他雜質(zhì)含量，石料采用連續(xù)多級配，能夠減少收縮變形，減少裂縫的產(chǎn)生。

3.3配合比設(shè)計[2]

根據(jù)該工程的實(shí)際情況，其地下室基礎(chǔ)混凝土施工配合比設(shè)計，水泥用量不能大于400 kg/m3，膠凝材料用量控制在500 kg/m3以內(nèi)，水膠比0.38以下，采用0.5 mm～4 mm連續(xù)級配碎石，在施工中根據(jù)砂石含水率及時調(diào)整施工配合比，嚴(yán)格控制拌合水的用量，保證水膠比目標(biāo)的落實(shí)。

3.4混凝土的攪拌和澆搗

攪拌和澆搗過程中，嚴(yán)格控制上料順序和水泥、粉煤灰、緩凝劑、膨脹劑的用量，混凝土要攪拌均勻，分兩個班組分別從兩端開始，全面分層澆筑，科學(xué)組織施工，第二層施工必須在第一層初凝前完成[3,4]，根據(jù)混凝土自然流淌于分層澆筑時形成的坡度進(jìn)行全面振搗，二次復(fù)振，振搗時，除遵循補(bǔ)漏振外，切忌過振，每隔20 min～30 min后進(jìn)行復(fù)振，保證混凝土的良好融合；基礎(chǔ)外側(cè)需用鋼釬搗實(shí)，防止漏振，保證混凝土的密實(shí)性。減少干縮裂縫，避免混凝土表面溫度下降過快而造成混凝土內(nèi)外溫差過大并形成貫通裂縫。

3.5混凝土表面保溫設(shè)計[5]

該工程混凝土熱工計算(以C40為例，S6配合比)每立方米混凝土材料用量如下：

水泥∶粉煤灰∶中砂∶石子(0.5～1)∶石子(1～2)∶石子(2～4)∶水∶膨脹劑∶減水劑=368.9∶65.1∶711∶32∶406∶350∶160∶65.1∶17.4。

混凝土內(nèi)部水泥水化熱引起的絕對溫升T=WQ/CR=368.9×334 720/(1 050×2 400)=48.999 3 ℃。

其中，W為每立方米混凝土水泥用量，kg/m3；Q為單位水泥水化熱，J/(kg·K)；C為混凝土比熱，J/(kg·K)；R為混凝土容重，kg/m2。

混凝土內(nèi)部最高溫度與室外溫度差：48.999 3×0.65=31.85 ℃。

為保證內(nèi)外溫差在25 ℃以內(nèi)，混凝土表面保溫后溫度要比室外溫度高31.85 ℃-25 ℃=6.85 ℃以上，試驗表明在混凝土表面覆蓋一層黑色薄膜和兩層草袋保溫，利用水泥水化熱提高表面溫度，能夠滿足混凝土內(nèi)外溫差的要求。

3.6降低混凝土內(nèi)部溫度的措施

地下室基礎(chǔ)施工過程中，在混凝土內(nèi)距上下表面各500 mm處預(yù)埋一層φ48鋼管，水平距離1.5 m，上下層鋼管連通，從地下抽水直接進(jìn)入下層管，水從上層管流出，用于養(yǎng)護(hù)混凝土，不再重復(fù)循環(huán)，為了監(jiān)控降溫效果，預(yù)先把測溫線的附著桿綁在鋼筋上，注意溫敏元件不得接觸鋼筋，超出板面至少20 cm的插頭用塑料袋罩好并保持干燥清潔，均勻布置測溫點(diǎn)，混凝土澆筑后的前7天每2 h測一次，后7天每4 h測一次，根據(jù)測量結(jié)果落實(shí)降溫措施，并對測溫結(jié)果進(jìn)行分析，確保內(nèi)外溫差在25 ℃以內(nèi)。

3.7混凝土的成品保護(hù)與養(yǎng)護(hù)

在混凝土澆搗過程中及時校核鋼筋預(yù)留、預(yù)埋的位置，確保滿足設(shè)計要求，混凝土終凝后及時覆蓋，按時養(yǎng)護(hù)，保證14 d內(nèi)混凝土保持濕潤，切忌干濕交替，否則會造成混凝土體積的交替漲縮，容易產(chǎn)生裂縫。

4 結(jié)語

在該大酒店主樓工程地下室筏板基礎(chǔ)大體積混凝土的施工過程中，由于以上措施的有效落實(shí)，施工完畢后，混凝土表面基本無裂縫，少量出現(xiàn)的裂縫，經(jīng)過一段時間的觀察，部分寬度較小的裂縫基本消失。

因此在施工過程中，注意總結(jié)經(jīng)驗，從材料選用、配合比設(shè)計、混凝土攪拌和澆搗等環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制，并注意表面溫度與內(nèi)部溫度的設(shè)計，嚴(yán)格養(yǎng)護(hù)措施，大體積混凝土的裂縫是可以預(yù)防和控制的。

[1] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[2] 《建筑施工手冊》編寫組.建筑施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3] 莫少熊.大體積基礎(chǔ)混凝土分層澆筑技術(shù)探討[J].科技信息(科學(xué)教研),2007(11):33-34.

[4] 王俊宇.大體積混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)[J].建設(shè)科技,2009(11):23-25.

[5] 葛利強(qiáng),趙傳喜.大體積混凝土裂縫的預(yù)防與控制[J].技術(shù)與市場，2012(4):77-78.

Preventionandcontrolofcracksinmassconcrete

ZhengShuhai1PanHuawei2ChenAimin3LiuPeng1

(1.ShandongProvincialAcademyofBuildingResearch,Jinan250031,China; 2.WeifangHantingQualitySecuritySupervisionStation,Weifang261100,China; 3.ShandongBaoshidaPetrolumStorageandManufacureCo.,Ltd,Dongying257506,China)

Through the project example, introduced in detail the large volume concrete cracks causes and harm, and from raw materials, construction technology and other aspects in detail elaborated the preventive and control measures of cracks, and provides reference basis for the field of engineering and technical personnel of the operation.

mass concrete, crack, prevention, control

1009-6825(2017)30-0099-02

2017-08-17

鄭述海(1978- )，男，工程師

TU312.3

A