大體積混凝土施工收縮裂縫控制研究

楊育賢

（廈門(mén)魯班源房屋營(yíng)造有限公司，福建 廈門(mén) 361000）

0 引言

混凝土收縮裂縫主要分為不可見(jiàn)裂縫與可見(jiàn)裂縫兩種。其中，可見(jiàn)裂縫分為粘著裂縫、泥石裂縫、骨料裂縫等收縮裂縫類(lèi)型；不可見(jiàn)裂縫分為溫度、外荷載、自生、干縮、約束、碳化、塑性等收縮裂縫[1]。這些裂縫是不規(guī)則的，會(huì)受到施工環(huán)境制約。而肉眼可見(jiàn)的裂縫是由不可見(jiàn)裂縫發(fā)展而來(lái)，是更加嚴(yán)重的收縮裂縫[2]。對(duì)于混凝土施工而言，前期出現(xiàn)的裂縫均為肉眼不可見(jiàn)裂縫，其得不到及時(shí)控制，就會(huì)發(fā)展為肉眼可見(jiàn)裂縫[3]。除此之外，混凝土施工過(guò)程中，會(huì)受到溫度等影響，出現(xiàn)收縮裂縫，溫度越高，產(chǎn)生的拉力越大，裂縫也就越大[4]。而混凝土施工荷載越高，混凝土形變的可能性越大，同樣會(huì)造成混凝土施工的收縮裂縫現(xiàn)象。本文研究體積較大混凝土施工期間收縮裂縫控制技術(shù)，在控制混凝土施工溫度的前提下，最大限度地控制收縮裂縫的產(chǎn)生。

1 工程概況

X建筑位于某市，工程總建筑面積為25624.28m2，地下面積約2536m2。地下空間共一層，用于建筑用戶(hù)停車(chē)使用。地上空間共15層，主要用于用戶(hù)辦公或居住[5]。該建筑工程混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45，筏板整體呈“凸”字形布置，以高低跨的形式進(jìn)行施工。其中，高跨板厚度約500mm，低跨板厚度約300mm。筏板長(zhǎng)度約76.15m，寬度約31.32m，承臺(tái)厚度約1.5m，混凝土澆筑量約1825m3，施工體積較大。本文采用裂縫控制技術(shù)對(duì)X建筑混凝土裂縫情況進(jìn)行控制。

2 大體積混凝土施工收縮裂縫控制技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 選擇抗裂混凝土施工材料

對(duì)于混凝土材料而言，本文選取自然連續(xù)級(jí)的粗骨料配比，增加混凝土材料的和易性能，使混凝土強(qiáng)度更高，均勻度與密實(shí)度更高[6]。并選擇碎石拌制混凝土，在選取中粗砂的基礎(chǔ)上，使拌制的混凝土溫度更加適應(yīng)實(shí)際施工情況。在此基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制粗骨料與細(xì)骨料中的泥沙量?；炷恋钠渌麚胶狭?，本文選取粉煤灰，少量摻雜對(duì)于提高混凝土強(qiáng)度具有重要作用。在滿足混凝土施工強(qiáng)度要求的前提下，對(duì)混凝土的粘聚性進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，從基礎(chǔ)上減少裂縫的產(chǎn)生條件。

2.2 優(yōu)化大體積混凝土澆筑順序

為了有效控制裂縫的產(chǎn)生，在澆筑時(shí)采用分段分塊的澆筑方式（圖1）。

圖1 澆筑順序

如圖1所示，將混凝土澆筑過(guò)程分塊進(jìn)行，并按照1~21的順序，使?jié)仓^(guò)程更加完善。其中，1~6的澆筑塊在混凝土澆筑底部區(qū)域，最容易產(chǎn)生微觀裂縫。本文在1~6的澆筑塊中連續(xù)澆筑，水平施工裂縫得到基本控制；在7~10、11~15、16~21分為三個(gè)層次進(jìn)行澆筑，此時(shí)混凝土的抗?jié)B性能較高，存在較多的孔隙氣泡，無(wú)法有效提升混凝土的粘合度。因此，在7~10、11~15、16~21分為三個(gè)層次澆筑過(guò)程中，將混凝土進(jìn)行多次振搗，減少裂縫對(duì)施工的影響，同時(shí)提升混凝土的抗壓強(qiáng)度。在7~10澆筑塊的澆筑過(guò)程中，混凝土初凝后，直接靜置處理，與1~6澆筑塊充分粘合[7]。對(duì)11~15澆筑塊進(jìn)行集中澆筑，提高混凝土中泥漿粘合度。16~21澆筑塊中，將混凝土澆筑溫度波動(dòng)控制在合理范圍內(nèi)，降低與其他澆筑塊之間溫度差異，進(jìn)而使1~21個(gè)澆筑塊同時(shí)結(jié)束澆筑，減少自生裂縫與碳化裂縫的產(chǎn)生。

2.3 控制混凝土施工溫度

X建筑施工期間處于夏季，混凝土能量丟失現(xiàn)象嚴(yán)重，按照上述澆筑順序澆筑后，混凝土開(kāi)始出現(xiàn)分層現(xiàn)象，1~6、7~10、11~15、16~21等澆筑塊中，顏色不同，靜置后出現(xiàn)粘著裂縫，施工質(zhì)量隨之下降。為此，在分層澆筑的基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土施工溫度進(jìn)行控制。在1~6塊澆筑時(shí)，計(jì)算該層溫度基礎(chǔ)值，公式如下：

式（1-2）中：

T0—混凝土施工溫度基礎(chǔ)值；

Nn—混凝土澆筑量；

N—澆筑排量；

λ—溫度變化系數(shù)；

T1—溫度變化值；

A—混凝土配比數(shù)量；

V—實(shí)際施工運(yùn)輸距離；

l—混凝土攪拌速度；

S—混凝土運(yùn)輸停歇時(shí)間。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)7~10進(jìn)行澆筑。此時(shí)，該區(qū)域低于基礎(chǔ)溫度值即暴露混凝土澆筑面積，高于基礎(chǔ)溫度值即降溫處理；11~15、16~21澆筑時(shí)，重復(fù)7~10澆筑的步驟[8]。除此之外，降低混凝土的入模溫度，從原材料的角度出發(fā)，降低混凝土原材料溫度。X建筑施工期間，混凝土受到日光暴曬，脫模溫度比預(yù)期高，及時(shí)采用風(fēng)冷卻的方法，降低混凝土脫模溫度。混凝土運(yùn)輸期間，以連續(xù)運(yùn)輸?shù)男问竭M(jìn)行，縮短混凝土運(yùn)輸時(shí)間，進(jìn)而減少混凝土運(yùn)輸過(guò)程中吸熱現(xiàn)象。為了減少日光對(duì)混凝土施工的影響，本文選在夜間進(jìn)行澆筑與施工，避免陽(yáng)光直射造成的溫度裂縫。

2.4 鋪設(shè)養(yǎng)護(hù)冷卻管

在避免自生裂縫、碳化裂縫、溫度裂縫的基礎(chǔ)上，完成混凝土的施工。為了保證混凝土后續(xù)養(yǎng)護(hù)效果，本項(xiàng)目鋪設(shè)了養(yǎng)護(hù)冷卻管，由于X建筑工程在夏季施工，故采用冷卻隔熱聯(lián)合養(yǎng)護(hù)方式，在混凝土周?chē)佋O(shè)冷卻管（圖2）。

如圖2所示，在混凝土上方放置一個(gè)1cm厚的隔熱層，再放置一個(gè)隨意厚度的隔熱層，最下方鋪設(shè)一個(gè)冷卻管。此種方法同樣適用于冬季施工，將隔熱層轉(zhuǎn)換為保溫層，將冷卻管轉(zhuǎn)變?yōu)榧訙毓埽纯杀ＷC混凝土的溫度適宜條件。對(duì)混凝土收縮系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

式（3-4）中：

δmin——冷卻管的最小收縮系數(shù)；

Y0、Y1——混凝土初始厚度與隔熱厚度；

C——養(yǎng)護(hù)指標(biāo)；

K0、K1——混凝土初始溫度與冷卻溫度；

δmax——冷卻管的最大收縮系數(shù)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算收縮系數(shù)，混凝土裂縫控制效果更佳。除此之外，在混凝土施工區(qū)域布置多個(gè)測(cè)溫孔，測(cè)溫孔分別在混凝土的上、中、下進(jìn)行溫度測(cè)量。測(cè)溫孔板面約300mm，根據(jù)冷卻管的埋深，安裝25mm的鋼管。在測(cè)溫時(shí)，將溫度傳感器放入測(cè)溫孔中，每5min記錄一次數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度超過(guò)或低于最佳溫度時(shí)，快速進(jìn)行降溫或升溫操作。其中，混凝土厚度為400mm時(shí)，最佳溫度為38.42℃，此時(shí)，測(cè)溫孔溫度為41.28℃，打開(kāi)冷卻管，對(duì)其進(jìn)行降溫處理?；炷梁穸葹?00mm時(shí)，最佳溫度為38.42℃，測(cè)溫孔溫度為55.63℃，在混凝土上再鋪設(shè)一個(gè)隔熱層，同時(shí)打開(kāi)冷卻管，對(duì)其進(jìn)行降溫處理，實(shí)現(xiàn)裂縫控制。

3 施工結(jié)果

在上述施工條件下，本項(xiàng)目選取粘著裂縫、泥石裂縫、骨料裂縫、溫度裂縫、外荷載裂縫、自生裂縫、干縮裂縫、約束裂縫、碳化裂縫、塑性裂縫等10種收縮裂縫類(lèi)型。在此基礎(chǔ)上，選取抗壓強(qiáng)度測(cè)試儀分析混凝土抗壓強(qiáng)度，測(cè)試儀相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 抗壓強(qiáng)度測(cè)試儀測(cè)試的相關(guān)技術(shù)參數(shù)

如表1所示，利用抗壓強(qiáng)度測(cè)試儀測(cè)試出混凝土抗壓強(qiáng)度，代入到抗裂性能指標(biāo)計(jì)算公式中，分別計(jì)算混凝土的抗裂性能指標(biāo)，公式如下：

式中：

Fk——混凝土的抗裂性能指標(biāo)；

Q——混凝土抗壓強(qiáng)度；

W——混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)；

δ——強(qiáng)度系數(shù)；

Wk——外摻劑添加量；

k——摻外加劑的混凝土用量。

在此條件下，得出混凝土抗裂性能，如表2所示。

表2 混凝土抗裂性能

如表2所示，本文選取的10種收縮裂縫類(lèi)型，每一種裂縫類(lèi)型對(duì)應(yīng)著一個(gè)抗裂性能指標(biāo)?？沽研阅苤笜?biāo)越大，混凝土抗裂效果越佳，裂縫控制效果隨之更好。其中，抗裂性能指標(biāo)為0.850~0.900，說(shuō)明混凝土裂縫控制效果為合格標(biāo)準(zhǔn)，仍存在較多的因素，裂縫控制效果一般；抗裂性能指標(biāo)為0.900，說(shuō)明混凝土裂縫控制效果為良好標(biāo)準(zhǔn)，不確定性因素減少，裂縫控制效果得到提升；抗裂性能指標(biāo)超過(guò)0.950，說(shuō)明混凝土裂縫控制效果為優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)，不確定性因素大幅度減少，裂縫控制效果進(jìn)一步提升；抗裂性能指標(biāo)達(dá)到1.000，說(shuō)明混凝土裂縫控制效果為完美標(biāo)準(zhǔn)，幾乎不存在不確定性因素，或不確定性因素可以忽略不計(jì)，混凝土裂縫控制效果最佳。由表2可知，混凝土基礎(chǔ)抗裂性能指標(biāo)均超過(guò)0.850。使用本文設(shè)計(jì)的控制技術(shù)后，混凝土抗裂性能指標(biāo)均能達(dá)到0.950以上的優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。其中，碳化裂縫的控制效果達(dá)到了1.000的完美標(biāo)準(zhǔn)，裂縫控制效果較佳。混凝土施工控制效果如圖3所示。

如圖3所示，使用本文設(shè)計(jì)的大體積混凝土施工收縮裂縫控制技術(shù)后，混凝土表面較為平整、光滑，基本上不存在施工收縮裂縫，控制效果較佳，符合本文研究目的。

圖3 混凝土施工控制效果

4 結(jié)束語(yǔ)

近些年來(lái)，工程建筑行業(yè)空前發(fā)展，各種建筑形式的建設(shè)層出不窮。在建筑建設(shè)過(guò)程中，混凝土澆筑體積較大，受到體積、溫度、環(huán)境等因素的影響，很容易產(chǎn)生施工裂縫，影響施工質(zhì)量?；诖?，本文通過(guò)抗裂材料選取、優(yōu)化澆筑順序、控制施工溫度、鋪設(shè)養(yǎng)護(hù)管等方式研究出科學(xué)控制體積較大混凝土裂縫產(chǎn)生的配套技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用效果良好，為建筑施工安全保障提供了技術(shù)支撐。