土木施工中大體積混凝土裂縫成因分析

中咨工程管理咨詢(xún)有限公司 北京 100037

1 大體積混凝土裂縫的成因

1.1 溫度裂縫

由于混凝土結(jié)構(gòu)中心的熱量同邊緣處的熱量相比散發(fā)得更為緩慢一些。所以，這種熱量散發(fā)而使得溫度應(yīng)力呈現(xiàn)出一種熱脹冷縮、內(nèi)外不均的現(xiàn)象。同時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)在熱脹冷縮時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)張拉應(yīng)力。當(dāng)所釋放的水化熱在與外界環(huán)境進(jìn)行熱量交換過(guò)程中，混凝土的局部溫度會(huì)形成溫度差，當(dāng)溫度差形成的張拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度閾值時(shí)，混凝土的抗拉性能則不足以抵抗溫度差造成的張拉應(yīng)力，從而使得混凝土的表面或者是結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)部分裂紋的現(xiàn)象，在嚴(yán)重的情況下，整個(gè)混凝土的結(jié)構(gòu)都會(huì)出現(xiàn)裂紋，乃至造成嚴(yán)重的安全隱患。

1.2 收縮裂縫

在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，收縮裂縫往往分干燥收縮裂縫和塑性收縮裂縫。混凝土在澆筑完成后，其所處的自然環(huán)境（溫度、濕度條件等）存在較大差異，這種差異造成了所產(chǎn)生的裂紋表現(xiàn)出不同的形態(tài)，于是干燥收縮裂縫又進(jìn)一步被劃分為干燥裂縫和收縮裂縫。其中，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑成型后，靠近表面的水分蒸發(fā)較快，而結(jié)構(gòu)內(nèi)部中心區(qū)域的水分蒸發(fā)較快，在內(nèi)外部形成濕度梯度，這種梯度過(guò)大時(shí)則會(huì)造成干燥裂縫。

2 大體積混凝土裂縫的控制技術(shù)

2.1 優(yōu)化混凝土的配合比

計(jì)算出大體積混凝土所需要的材料和用量，以便得到最佳配合比，配合比應(yīng)當(dāng)在符合施工強(qiáng)度的前提下，減少水泥的使用量。在大體積混凝土的材料中，砂、石、骨料以及水泥是關(guān)鍵。一般選用二區(qū)中砂，含泥量應(yīng)當(dāng)小于1%的石子，碎石的粒徑在5-31.4mm之間；骨料在混凝土中，一般占有79.5%-83.2%的絕對(duì)體積，因此骨料選擇至關(guān)重要，一般選擇標(biāo)準(zhǔn)為優(yōu)良的級(jí)配、較小的巖石彈模、表面清潔無(wú)弱包裹層等；水泥的水熱化反應(yīng)會(huì)容易讓混凝土產(chǎn)生裂縫，因此，為了減少裂縫產(chǎn)生，可適當(dāng)使用粉煤灰作為水泥的替代物，一般用量為14%-21%，需要注意的是粉煤灰的細(xì)度需要同水泥保持一致。

2.2 混凝土澆筑質(zhì)量控制

混凝土澆筑質(zhì)量可以從三方面控制。①分段分層。對(duì)于體積較大的混凝土來(lái)講，需要從上而下、分段分層進(jìn)行澆筑，保證混凝土在澆筑之后的整體質(zhì)量能夠達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的要求。②全面分層。如果所澆筑的混凝土構(gòu)件其厚度比較大，則在澆筑時(shí)應(yīng)選擇全面分層的方式進(jìn)行，在所澆筑的混凝土層初凝之后，方可進(jìn)行下一層混凝土的澆筑作業(yè)。③斜面分層。嚴(yán)格控制大體積混凝土振搗的操作流程，逐步向上推進(jìn)。

2.3 混凝土溫度控制

①內(nèi)部控制。在對(duì)大體積的混凝土進(jìn)行降溫之前，需要先將降溫水管預(yù)埋在混凝土的內(nèi)部。在澆筑結(jié)束之后，通過(guò)外接注水來(lái)降低混凝土的溫度。內(nèi)部控制的方式能夠有效地節(jié)約水資源，經(jīng)冷卻水管排出的水還能夠用于養(yǎng)護(hù)混凝土。在某些情況下，會(huì)出現(xiàn)自然注水難以達(dá)到理想的降溫目的。鑒于此，便需采用增壓泵對(duì)外接注水管進(jìn)一步加壓。同時(shí)，也需要提前設(shè)計(jì)混凝土內(nèi)部的預(yù)埋冷卻水管。②外部控制。在混凝土表面經(jīng)過(guò)抹平處理后，需要結(jié)合相關(guān)施工規(guī)程實(shí)施相應(yīng)地養(yǎng)護(hù)（保溫保濕）措施。本工程中，在大體積混凝土澆筑體表面按照從上到下的順序依次鋪設(shè)設(shè)養(yǎng)護(hù)毯、土工布、塑料薄膜以達(dá)到表層保溫保濕的目的。

3 工程案例研究

3.1 工程概況

某土木工程建筑面積8496.45m2，總基底面積4305.08m2，總地下建筑面積1947.76m2，總建筑面積10444.21m2，地下建筑面積為978.87m2。上部結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7 度，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)，基礎(chǔ)形式是采用筏型基礎(chǔ)。筏型基礎(chǔ)采用大體積混凝土澆筑。

3.2 混凝土澆筑方案

地下室底板采用商品混凝土泵送施工，板厚350mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況配備2 臺(tái)混凝土泵機(jī)進(jìn)行施工。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)過(guò)深入研究之后，發(fā)現(xiàn)倘若混凝土泵機(jī)按照平均每小時(shí)內(nèi)泵送量30m3的話(huà)，即每日供應(yīng)量600m3，混凝土量約350m3，計(jì)劃350÷60=5.8h 澆筑。底板混凝土由西往東，進(jìn)行澆筑，需要在各澆筑帶上選擇分段斜面推進(jìn)的方法來(lái)進(jìn)行。同時(shí)，還需要根據(jù)每臺(tái)混凝土泵澆筑強(qiáng)度30m3/h 計(jì)算，控制寬度約12.6m，水平長(zhǎng)度6m，每一澆筑帶混凝土澆搗量=12.6×6×0.8=60.5m3，其余澆筑帶類(lèi)推。根據(jù)上述計(jì)算混凝土緩凝時(shí)間不少于6h，根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展時(shí)間預(yù)計(jì)混凝土底板施工時(shí)間在夏季，要求混凝土緩凝時(shí)間為8h，可滿(mǎn)足澆筑要求?；炷翝矒v布置2 個(gè)澆筑帶，分南北2 個(gè)施工點(diǎn)，然后在每個(gè)施工段設(shè)置一個(gè)振搗小組，每個(gè)振搗小組需要配備3 條軟軸振搗器和6 名振搗工，并于斜面上、中、下段設(shè)置振搗器，在此需注意混凝土不可集中堆放，先振搗出料口處混凝土，再進(jìn)行全面振搗。在振搗過(guò)程中，需滿(mǎn)足以下要求：①在使用振搗棒時(shí)，為了防止漏振，需要保證直的或傾斜的方向能夠統(tǒng)一，在振搗時(shí)插點(diǎn)需保持600mm 的距離，上、下層振動(dòng)搭接50mm-100mm，每點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間應(yīng)當(dāng)集中在20min-30min。不過(guò)，在二次振搗之前，需要保證二次振搗后，混凝土仍可以塑性閉合。

3.3 加強(qiáng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)是保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要流程，更是預(yù)防裂縫發(fā)生的重要措施，因此要做好保溫養(yǎng)護(hù)工作。在保溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程中要做好結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差、降溫速率等數(shù)據(jù)的詳細(xì)記錄，以便于后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。為保證養(yǎng)護(hù)效果，混凝土保溫養(yǎng)護(hù)的周期至少在2 周以上，養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)為混凝土表面、環(huán)境溫度差小于20℃，此時(shí)方可拆除保溫覆蓋面，否則需要采取合理的降溫措施，直到溫差小于20℃為止。養(yǎng)護(hù)過(guò)程中可以選擇適用的養(yǎng)護(hù)劑，以提高混凝土表面的濕潤(rùn)度，減少干縮裂縫的發(fā)生；此外，大體積混凝土體積大，養(yǎng)護(hù)不當(dāng)更易出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，因此大體積混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)尤其重要，可采用自動(dòng)采集設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差、降溫速率。如有必要可在混凝土結(jié)構(gòu)表層涂抹薄膜養(yǎng)護(hù)液，其可以在混凝土表面結(jié)一層防水隔離層，既能維持結(jié)構(gòu)所需的水分，又能夠提高水化操作的效能。

4 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土在土木工程中的應(yīng)用也愈來(lái)愈頻繁。在這種發(fā)展背景之下，若想實(shí)現(xiàn)良好的施工效果，在施工時(shí)不僅需要控制混凝土的強(qiáng)度、黏結(jié)性等，還需要細(xì)化大體積混凝土的施工技術(shù)以及施工工藝，切實(shí)地控制大體積混凝土構(gòu)件或結(jié)構(gòu)在施工完成以及長(zhǎng)期使用過(guò)程中裂縫的產(chǎn)生。施工時(shí)，需要合理部署施工進(jìn)度，并制定出科學(xué)的澆注方案，采取科學(xué)的降溫措施，以便能夠保證施工的整體質(zhì)量。