論大體積混凝土施工裂縫的分析與防治

王云賀

（內(nèi)蒙古金鵬建設(shè)監(jiān)理公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

論大體積混凝土施工裂縫的分析與防治

王云賀

（內(nèi)蒙古金鵬建設(shè)監(jiān)理公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

分析了大體積混凝土施工裂縫的成因，提出了防治措施.

大體積混凝土；連續(xù)整體澆筑；內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)工藝

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力突飛猛進(jìn)的發(fā)展，隨著市場的需求，在建筑領(lǐng)域體量巨大結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物也迅猛地發(fā)展起來，因此常涉及到大體積混凝土施工問題，如高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩等.而大體積混凝土施工極易產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用.所以必須從根本上分析它，來保證施工的質(zhì)量.

現(xiàn)就內(nèi)蒙古赤峰市醫(yī)院病房樓工程筏板梁式基礎(chǔ)的大體積混凝土施工的成功范例，參照該工程大體積砼施工中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)大體積混凝土施工技術(shù)進(jìn)行淺談.

內(nèi)蒙古赤峰市醫(yī)院病房樓工程建筑面積75600m2，長111.65m,寬38.1m，基底面積為4030.34m2.為筏板梁式基礎(chǔ)，筏板厚1.2m,筏板梁高2.6m、梁寬1.2m，混凝土澆筑量7580m3.筏板梁基礎(chǔ)采用大體積混凝土冬期施工工藝連續(xù)整體澆筑完畢，中間未留設(shè)后澆帶及變形縫.

施工采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)工藝:外罩塑料大棚，棚內(nèi)設(shè)20個(gè)火爐，由火爐和天窗來調(diào)控暖棚內(nèi)溫度來保證混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差在20℃左右且不大于25℃.實(shí)踐證明該施工工藝極其成功，混凝土無表面裂縫及貫穿裂縫產(chǎn)生（這里所說“裂縫”指規(guī)則的>0.1mm肉眼可見結(jié)構(gòu)裂縫，不指混凝土正常收縮產(chǎn)生的表面“龜裂”或<0.1mm的非規(guī)則毛細(xì)縫，以下同）.為了使混凝土內(nèi)除保證混凝土正常水化所需的溫度外，多余的熱量在上一層混凝土澆筑前最大程度的散失掉以降低混凝土內(nèi)部的淤積熱量而在初凝前盡量降低澆筑速度，經(jīng)計(jì)算確定澆筑速度為每臺(tái)泵車每小時(shí)均勻澆筑31.3m3混凝土.采用斜面分層法施工，澆筑前根據(jù)混凝土摻加的外加劑性質(zhì)及選定的水泥性能預(yù)先試配得出的初凝時(shí)間20℃下為6h，要求上層混凝土在下一層混凝土初凝前0.5小時(shí)內(nèi)澆筑完成，即不能過晚也不能過早澆筑.按計(jì)算好的澆筑速度，選用兩臺(tái)泵車從兩端同時(shí)澆筑.配備混凝土運(yùn)輸車輛16臺(tái)、每臺(tái)泵車配備8臺(tái)，運(yùn)輸混凝土罐車間隔時(shí)間為15分鐘.并做好因交通擁擠或其他突然事件影響混凝土正常供應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，來保證混凝土要求的澆筑速度，共連續(xù)作業(yè)5晝夜.從施工中監(jiān)測的混凝土內(nèi)溫度看按此法施工混凝土內(nèi)溫度高峰一般在澆筑后2-4天產(chǎn)生，此后逐漸降低，混凝土中心最高溫度可達(dá)62℃，平均最高溫度在56℃-60℃之間.

大體積混凝土連續(xù)整體澆筑，內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)工藝的成功有以下幾點(diǎn)體會(huì):

1 實(shí)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)效能方面

（1）采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護(hù)措施，可有效降低混凝土內(nèi)的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護(hù)周期，對(duì)于超厚大體積混凝土施工尤其適用.（2）這種施工方法可降低內(nèi)部最高溫升、減少人力、材料及機(jī)械設(shè)備的投入.（3）大體積混凝土采用泵送工藝，泵送過程中，常會(huì)發(fā)生輸送管堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要.須合理選擇泵送壓力，泵管直徑，輸送管線布置應(yīng)合理.泵管上須遮蓋濕麻袋，并經(jīng)常淋水散熱.混凝上中的砂石要有良好的級(jí)配，碎石最大粒徑與輸送管徑之比宜名1：3，砂率宜在40%.45%間，水灰比宜在0.5—0.55間，坍落度宜在16—18cm間.（4）這種方法由于每層混凝土均在下一層初凝前半小時(shí)內(nèi)澆筑完畢，無施工縫發(fā)生，整體性較好能最大限度保證混凝土結(jié)構(gòu)安全性和耐久性能.

2 理論研究分析方面

大體積砼施工，它的主要特點(diǎn)就是體積大，一般實(shí)體最小尺寸大于或等于1米，它的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快.砼內(nèi)外溫差比較大時(shí)，會(huì)使砼產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，所以必須從根本上分析它來保證施工的質(zhì)量.

大體積砼內(nèi)出現(xiàn)的裂縫按深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種.貫穿裂縫是由于砼表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫.它切斷了構(gòu)件的截面，可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較嚴(yán)重的；而深層裂縫部分地切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定危害性；表面裂縫一般危害性較小.

但出現(xiàn)裂縫并不是絕對(duì)地影響結(jié)構(gòu)安全，它都有一個(gè)最大允許值.處于室內(nèi)正常環(huán)境的一般構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.3mm；處于露天或室內(nèi)高濕度環(huán)境的構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.2mm.

對(duì)于地下或半地下結(jié)構(gòu)，砼的裂縫主要影響其防水性能。一般當(dāng)裂縫寬度在0.1-0.2mm時(shí)雖然早期有輕微滲水，但經(jīng)過一段時(shí)間后，裂縫可以自愈.如超過0.2-0.3mm，則滲漏水量將隨著裂縫寬度的增加而迅速加大.所以，在地下工程中應(yīng)盡量避免超過0.3mm貫穿全斷面的裂縫.如出現(xiàn)這種裂縫，將大大影響結(jié)構(gòu)的使用，必須進(jìn)行化學(xué)灌漿加固處理.

大體積砼施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫，一方面是砼內(nèi)部因素：由于內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的；另一方面是砼的外部因素：結(jié)構(gòu)的外部約束和砼各質(zhì)點(diǎn)間的約束，阻止砼收縮變形，砼抗壓強(qiáng)度較大，但受拉力卻很小，所以溫度應(yīng)力一旦超過砼能承受的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)裂縫.這種裂縫的寬度在允許限值內(nèi)，一般不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，但確對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性有所影響，因此必須予以重視和加以控制.產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾方面：

3 水泥的水化熱

水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積砼結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對(duì)較小，所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失.這樣砼內(nèi)部的水化熱無法及時(shí)散發(fā)出去，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大.單位時(shí)間砼釋放的水泥水化熱，與砼單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān)，并隨砼的齡期而增長.由于砼結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，實(shí)際上內(nèi)部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3-4天.

4 外界氣溫變化

大體積砼在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化，特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加內(nèi)外層砼溫差，這對(duì)大體積砼是極為不利的.

溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形造成的：溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大，同時(shí)在高溫條件下，大體積砼不易散熱，砼內(nèi)部的最高溫度一般可達(dá)60-65℃，并且有較長的延續(xù)時(shí)間.因此，應(yīng)采取溫度控制措施，防止砼內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力.

5 砼的收縮

砼中約20%的水分是水泥硬化所必須的，而約80%的水分要蒸發(fā).多余水分的蒸發(fā)會(huì)引起砼體積的收縮.砼收縮的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起砼收縮.如果砼收縮后，再處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復(fù)膨脹并幾乎達(dá)到原有的體積.干濕交替會(huì)引起砼體積的交替變化，這對(duì)砼是很不利的.

影響砼收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝（特別是養(yǎng)護(hù)條件）等.

6 大體積混凝土裂縫的防治

6.1 大體積砼的配制

大體積砼所選用的原材料應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）粗骨料宜采用連續(xù)級(jí)配，細(xì)骨料宜采用中砂.

（2）外加劑宜采用緩凝劑、減水劑；摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等.

（3）大體積砼在保證砼強(qiáng)度及坍落度要求的前提下，應(yīng)提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量.

（4）水泥應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時(shí)間長的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等.

但是，水化熱低的礦渣水泥的析水性比其他水泥大，在澆筑層表面有大量水析出.這種泌水現(xiàn)象，不僅影響施工速度，同時(shí)影響施工質(zhì)量.因析出的水聚集在上下兩澆筑層表面間，使混凝土水灰比改變，而在淘水時(shí)又帶走了一些砂漿，這樣便形成了一層含水量多的夾層，破壞了混凝土的粘結(jié)力和整體性.混凝土泌水性的大小與用水量有關(guān)，用水量多，泌水性大；且與溫度高低有關(guān)，水完全析出的時(shí)間隨溫度的提高而縮短；此外，還與水泥的成分和細(xì)度有關(guān).所以，在選用礦渣水泥時(shí)應(yīng)盡量選擇泌水性的品種，并應(yīng)在混凝土中摻入減水劑，以降低用水量.在施工中，應(yīng)及時(shí)排出析水或拌制一些干硬性混凝土均勻澆筑在析水處，用振搗器振實(shí)后，再繼續(xù)澆筑上一層混凝土.

6.2 大體積混凝土的澆筑

澆筑方案，除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實(shí)完畢外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響，常采用的方法有以下幾種：

6.2.1 全面分層

即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時(shí)應(yīng)使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續(xù)澆筑，直至完工為止.采用這種方案，適用于結(jié)構(gòu)的平面尺寸一般不宜太大，施工時(shí)從短邊開始，沿長邊推進(jìn)比較合適.必要時(shí)可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時(shí)進(jìn)行澆筑.

6.2.2 分段分層

混凝土澆筑時(shí)，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層.由于總的層數(shù)較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑.這種方案適用于結(jié)構(gòu)物厚度不太大而面積或長度較大的工程.

6.2.3 斜面分層

要求斜面的坡度不大于1/3，適用于結(jié)構(gòu)的長度大大超過厚度3倍的情況.混凝土從澆筑層下端開始，逐漸上移.

大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)溫度的控制

大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)，不僅要滿足強(qiáng)度增長的需要，還應(yīng)通過人工的溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂.

溫度控制就是對(duì)混凝土的澆筑溫度和混凝土內(nèi)部的最高溫度進(jìn)行人為的控制.

在混凝土養(yǎng)護(hù)階段的溫度控制應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：

（1）混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應(yīng)小于20℃：當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土具有足夠的抗裂能力時(shí)，不大于25℃-28℃.

（2）混凝土拆模時(shí)，混凝土的溫差不超過20℃.其溫差應(yīng)包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差.

（3）采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差.內(nèi)部降溫法是在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部最高溫度.冷卻在混凝土剛澆筑完時(shí)就開始進(jìn)行，還有常見的投毛石法，均可以有效地控制因混凝土內(nèi)外溫差而引起的混凝土開裂.

（4）保溫法是在結(jié)構(gòu)物外露的混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料（如草袋、鋸末、濕砂等），在緩慢的散熱過程中，使混凝土獲得必要的強(qiáng)度，以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃.

（5）混凝土表層布設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)片，防止混凝土收縮時(shí)產(chǎn)生干裂.

（6）盡量降低砼的入模溫度.

在大體積混凝土施工時(shí)掌握住它的基本知識(shí)，并根據(jù)實(shí)際采取有效措施，會(huì)使施工質(zhì)量得到很好的保證.

以上是本人在實(shí)踐中總結(jié)出的幾點(diǎn)粗淺認(rèn)識(shí)，還很不全面，還望廣大業(yè)內(nèi)人士、專家、學(xué)者多提寶貴意見.

TU37

A

1673-260X（2010）01-0165-02