大體積混凝土溫度裂縫控制技術(shù)的運(yùn)用

萬里長 范瑋武 葉庭 王剛

摘 要：本文對(duì)施工過程中產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行了分析，并以實(shí)際工程為例，針對(duì)性地提出了裂縫控制措施。工程實(shí)際表明，裂縫控制措施的應(yīng)用效果良好，可為相似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土;溫度裂縫;裂縫控制技術(shù);溫差

中圖分類號(hào)：TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）34-0119-03

Practical Application of Mass Concrete Temperature

Crack Control Technology

WAN Lichang FAN Weiwu YE Ting WANG Gang

（China Construction Eighth Engineering Co.， Ltd.，Shanghai 200240）

Abstract： In this paper， the control measures of cracks in the construction stage of mass concrete were taken as the starting point， the types and causes of cracks in the construction process were analyzed， and the control measures for cracks were proposed， which could provide reference for similar projects.

Keywords： mass concrete;temperature crack;crack control technology;temperature difference

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的多、高層建筑已無法滿足人們生活、辦公的需要，超高層建筑得到越來越廣泛的應(yīng)用。超高層建筑的地下室底板較厚、體積較大，通常采用大體積混凝土施工技術(shù)完成地下室底板的澆筑[1-2]。然而，大體積混凝土對(duì)比普通體量的混凝土結(jié)構(gòu)斷面尺寸更大，導(dǎo)熱性能更差，聚集在混凝土內(nèi)部的熱量更不容易散發(fā)[3-4];混凝土表面散熱較快，內(nèi)部散熱慢，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部和表層溫差越來越大，進(jìn)而導(dǎo)致大體積混凝土內(nèi)產(chǎn)生不均勻的溫度變形和溫度應(yīng)力，當(dāng)其溫度拉應(yīng)力超過極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。因此，如何有效降低大體積混凝土的水化熱，避免其因升溫、降溫產(chǎn)生裂縫，從而保證大體積混凝土的施工質(zhì)量是大體積混凝土施工技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[5-6]。

為避免大體積混凝土由于溫差導(dǎo)致的裂縫，以實(shí)際過程為例，分析了大體積混凝土產(chǎn)生溫差的原因，并根據(jù)原因提出了大體積混凝土裂縫控制措施，以此為相似工程提供借鑒。

1 工程概況

吉安市高鐵新區(qū)“五指峰”項(xiàng)目包含科創(chuàng)中心和總部經(jīng)濟(jì)大樓2個(gè)超高層建筑，科創(chuàng)中心大樓建筑高度197 m，總部經(jīng)濟(jì)大樓建筑高度140 m。兩棟塔樓均采用混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)，工程設(shè)計(jì)使用年限為50年，環(huán)境類別為一類，安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為6度。

科創(chuàng)中心大樓（見圖1）采用大體積混凝土筏板基礎(chǔ)，地下室底板板厚500 mm，科創(chuàng)中心大樓核心筒區(qū)域板厚2 600 mm，核心筒外板厚1 200 mm。

2 大體積混凝土溫差產(chǎn)生的原因

美國混凝土學(xué)會(huì)對(duì)大體積混凝土的定義為：任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達(dá)到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度地減少開裂影響的，即稱之為大體積混凝土。與普通體量的混凝土相比，大體積混凝土的體量及結(jié)構(gòu)斷面尺寸更大，從而導(dǎo)致其導(dǎo)熱性能更差，混凝土水化熱散發(fā)出來的熱量聚集在混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇升高，而混凝土的表面散熱較快，內(nèi)部散熱慢，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部和表層溫差越來越大。

3 大體積混凝土溫度裂縫控制措施

大體積混凝土宜采取“抗放兼施”為主、保溫保濕養(yǎng)護(hù)為輔的大體積混凝土溫控措施。針對(duì)上述導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生溫差的原因，采取的技術(shù)措施如下。

3.1 設(shè)計(jì)方面

在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需綜合考慮混凝土的品種、配筋及接觸面等方面的因素。

第一，通過增加鋼筋，能有效地提高混凝土的極限拉伸性能，進(jìn)而避免裂縫的出現(xiàn)。

第二，選擇中高強(qiáng)度的混凝土（C20-C35），即混凝土的抗拉強(qiáng)度較高，從而增強(qiáng)筏板基礎(chǔ)抵抗溫度拉應(yīng)力的能力。

第三，由于基礎(chǔ)位于地基巖層面層上，巖層對(duì)筏板基礎(chǔ)的約束較強(qiáng)，導(dǎo)致大體積混凝土在溫度作用下膨脹收縮時(shí)，會(huì)由于巖層的約束受到極大的外力作用，從而造成混凝土底部開裂，甚至裂縫逐漸向上延伸，進(jìn)而形成貫穿性裂縫。為了減弱巖層對(duì)筏板基礎(chǔ)的約束，在巖層和筏板基礎(chǔ)之間設(shè)置了滑動(dòng)層或緩沖層。本項(xiàng)目的具體做法是鋪設(shè)防水卷材。

第四，合理設(shè)置后澆帶，可充分利用混凝土終凝前的流動(dòng)性，釋放掉混凝土部分的溫度應(yīng)力。具體來說，按照“分塊規(guī)劃、隔塊施工、分層澆筑、整體成型”的原則，科創(chuàng)中心筏板基礎(chǔ)混凝土澆筑分區(qū)如圖2所示（科創(chuàng)筏板位于A-1區(qū)域）。

3.2 合理控制原材料、優(yōu)化配合比

混凝土配合比設(shè)計(jì)的原則是在保證混凝土抗壓強(qiáng)度滿足要求的前提下，盡量提高其抗拉性能?；炷恋脑牧吓c配合比要經(jīng)試驗(yàn)室試配，檢查合格后方可采用。

為降低混凝土水熱化，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要在保證混凝土強(qiáng)度等級(jí)的基礎(chǔ)上，盡可能減少水泥用量。為了使混凝土具有較大的抗裂能力，在施工之前，由項(xiàng)目部牽頭組織拌和站，對(duì)混凝土的原材料以及配合比方面進(jìn)行控制。合理選擇原材料及優(yōu)化配合比，使混凝土絕熱溫升減小，提升抗拉強(qiáng)度及極限拉伸變形能力，減小混凝土熱強(qiáng)比及膨脹系數(shù)。

第一，水泥的品種與用量是影響混凝土力學(xué)性能與混凝土溫度變形的重要因素。在選擇水泥時(shí)，應(yīng)從水泥的標(biāo)號(hào)、熟料的礦物組成、細(xì)度等方面進(jìn)行綜合考慮?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)工期、地理位置及氣候條件影響，為提升混凝土抗裂性能及強(qiáng)度，采用低熱礦渣水泥、較高標(biāo)號(hào)中熱硅酸鹽水泥，并摻入一定的粉煤灰，以增強(qiáng)耐磨性及抗蝕性。

第二，在混凝土內(nèi)摻入一定數(shù)量的粉煤灰，以改善混凝土的黏塑性，降低混凝土水化熱。粉煤灰摻到混凝土中后，能降低水化熱，減少干收縮，改善新拌混凝土的和易性。但考慮到其早期強(qiáng)度較低，項(xiàng)目最終決定選用性能良好、各項(xiàng)指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)、Ca0含量不超過10%的二級(jí)粉煤灰。

第三，考慮到現(xiàn)場(chǎng)工期及惡劣天氣的影響，在與拌和站協(xié)商后，決定使用外加劑來增強(qiáng)混凝土的早期抗裂性能，例如，減水劑、引氣劑、膨脹劑及早強(qiáng)劑等。

①減水劑是最常用、最重要的外加劑，具有減水增塑的作用，能夠在保持混凝土坍落度及強(qiáng)度不變的前提下，減少水的用量、水泥用量，并降低混凝土的絕熱升溫。

②引氣劑的作用是通過在混凝土中產(chǎn)生大量微小氣泡的原理來提高混凝土的抗凍融耐久性，主要用于極寒天氣。

③在混凝土中添加膨脹劑，膨脹劑會(huì)與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成鈣礬石結(jié)晶顆粒，使混凝土產(chǎn)生適度膨脹，在內(nèi)外約束條件下產(chǎn)生一定的內(nèi)壓應(yīng)力，與收縮產(chǎn)生的應(yīng)力相互抵消，建立混凝土內(nèi)部平衡。

④混凝土早強(qiáng)劑是指能提高混凝土早期強(qiáng)度，并且對(duì)后期強(qiáng)度無顯著影響的外加劑。

早強(qiáng)劑的主要作用在于能加速水泥水化的速度，促進(jìn)混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展，既具有早強(qiáng)功能，又具有一定減水增強(qiáng)功能。

第四，優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制砂石骨料的含泥量。選擇粗骨料時(shí)，從粗骨料的品種、級(jí)配、顆粒形狀和大小等方面綜合考慮，層層篩選，最終選取5～40 mm連續(xù)級(jí)配花崗巖碎石粗骨料;選擇細(xì)骨料時(shí)，從細(xì)骨料的平均粒徑、顆粒級(jí)配與砂率等進(jìn)行綜合考慮，并最終選用石英含量高，顆粒形狀渾圓、潔凈，具有平滑篩分線，平均粒徑為3.8 mm，含泥量小于1.5%、泥塊含量小于0.5%的中粗砂。

3.3 提高混凝土攪拌質(zhì)量，改善混凝土性能

第一，嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)的溫度?；炷林械氖訙囟纫约八疁貙?duì)其影響甚大，為了能更好地控制其出機(jī)溫度，派專人在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)砂石材料進(jìn)行覆蓋，避免太陽直曬，并及時(shí)用水沖洗降溫。

第二，對(duì)輸送管進(jìn)行覆蓋并噴灑冷水降溫，對(duì)水箱及水管加蓋遮陽隔熱設(shè)施。

第三，改進(jìn)攪拌工藝。采用裹砂法進(jìn)行攪拌，即先把水、水泥和砂拌和，再投入石子進(jìn)行攪拌，減少泌水現(xiàn)象的產(chǎn)生，降低混凝土上下層的強(qiáng)度差。

3.4 改善振搗工藝，避免高溫澆筑

科創(chuàng)中心筏板基礎(chǔ)為大體積混凝土，考慮到工期及氣候條件等影響，選在氣溫較低時(shí)進(jìn)行澆筑。混凝土澆注溫度不宜大于28 ℃。澆筑時(shí)沿高度均勻分段、分層澆筑（見圖3）。分段時(shí)應(yīng)保持每段混凝土厚度在1.5～2.0 m。

改善振搗工藝，采用“斜面分層，一次到位”，振搗棒在坡尖、坡中和坡頂分別布置，保證混凝土振搗密實(shí)，且不漏振。改善振搗工藝能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，增加混凝土密實(shí)度。

3.5 加強(qiáng)混凝土溫度監(jiān)測(cè)

在混凝土施工期，按方案要求預(yù)埋好溫度傳感器（見圖4），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部溫度變化，采取有效措施針對(duì)性地對(duì)混凝土進(jìn)行降溫處理。

3.6 加強(qiáng)混凝土保溫養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑初期強(qiáng)度低、抵抗變形能力小，在不利的溫濕度條件下，表面容易產(chǎn)生有害的冷縮和干縮裂縫。在澆筑后，及時(shí)采取覆蓋薄膜等方式減緩混凝土表面熱量散發(fā)，從而減小混凝土內(nèi)外溫差，防止表面裂縫的產(chǎn)生。同時(shí)，派專人進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤，提高混凝土表面抗裂能力。

4 結(jié)語

超高層建筑的地下室底板較厚、體積較大，通常采用大體積混凝土施工技術(shù)完成地下室底板的澆筑。為避免大體積混凝土由于溫差導(dǎo)致的裂縫，以實(shí)際過程為例，分析了大體積混凝土產(chǎn)生溫差的原因，并針對(duì)性地提出了大體積混凝土裂縫控制措施。工程實(shí)際表明，裂縫控制效果良好，裂縫控制措施合理，可為相似工程提供借鑒。

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