基于建筑裂縫在大體積混凝土施工技術

張舒岳

摘 要：大體積混凝土內出現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。貫穿裂縫是由混凝土表面發展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面，可能破壞結構的整體性和穩定性，其危害是較嚴重的；而深層裂縫部分切斷了結構斷面，也有一定危害性；表面裂縫一般危害較小。本文對混凝土裂縫成因進行分析，并提出控制措施。

關鍵詞：大體積混凝土；溫度裂縫；施工控制

1 前 言

在建筑工程中為了預防大體積混凝土不出現裂縫，大體積混凝土具有結構厚、體形大、鋼筋密、混凝土量大、工程制約因素復雜和施工技術要求高等特點。由于其截面尺寸較大，在澆筑混凝土后，水泥水化過程中產生大量水化熱導致溫度變化，與混凝土收縮及其它因素共同作用而產生溫度應力和收縮應力，使混凝土容易產生裂縫。因此對于大體積混凝土，除要滿足普通混凝土所要求的強度、穩定性等要求外，還特別要控制溫度變形裂縫的出現和發展，以及由于混凝土收縮而產生的裂縫。

2 工程概況

某工程總建筑面積約40000m2，地下二層，地上二十層，建筑總高：77.20m，主要結構類型為現澆鋼筋混凝土框筒結構，其中地下室底板面積約5150m2，澆灌混泥土體積約7400m3。以后澆帶劃分計劃按后澆帶將底板分成三個區，三個晝夜進行底板混凝土的施工。

3 大體積混凝土溫度裂縫控制的要求

3.1 溫度裂縫的原因

①水泥水化產生的熱量；②外界氣溫變化的影響；③混凝土約束條件。為保證工程的施工質量，大體積混凝土溫度裂縫控制應滿足以下要求。

（1）混凝土內外溫度應小于20～30℃；

（2）K=ft/σmax≥1.5；

式中：ft為混凝土的抗拉強度；σmax為混凝土內最大溫度應力；

（3）L≤Lmax

式中：L為建筑場基礎大體積混凝土的長度；Lmax為大體積混凝土最大伸縮縫間距，該工程已根據設計要求設置后澆帶兩條。

滿足上述三個條件，則混凝土具有足夠抵抗溫度裂縫的能力。

3.2 水化熱計算

底板混凝土設計強度等級為C30，抗滲等級≥1.2MPa。由于板厚達2m，故需考慮混凝土澆灌水化熱問題，防止混凝土內部水化熱出現的溫升應力，造成混凝土開裂。

大體積混凝土在水泥水化過程中產生大量的熱量，造成混凝土內部溫度升高，當其內部的溫度應力受外界的約束，會產生裂縫，從而影響混凝土的質量。因此，防止混凝土出現裂縫的關鍵就是要控制混凝土的內外溫差。

底板應采取大體積混凝土施工時的施工方法，施工前必須經過熱工計算，采取有效措施后才可進行施工。計算過程如下：

底板混凝土施工于2004年10月份進行，室外最高氣溫取25℃。

（1）混凝土出罐溫度Ti（℃）

Ti=Tc=23.81℃

（2）混凝土澆筑溫度Tj

式中：Tq——為環境溫度，取最大值25℃。

所以，A1+A2+A3=0.178

Tj=Tc+（Tq-Tc）×（A1+A2+A3）

Tj=23.81+（25-23.81）×0.178=24.02℃

（3）混凝土絕熱溫升

計算齡期3d的絕熱溫升。混凝土澆筑厚2.0m。42.5水泥水化熱量Q=461KJ/kg，每方水泥用量W=362kg，混凝土的比熱c=0.97kJ/kg·K，混凝土的密度ρ=2400kg/m3，澆筑溫度Tj=24.02℃，齡期3d時，查表計算如下：

1-e-mt=1-2.178-0.384×3=0.684

Tt=（1-e-mt）=×0.684=49.03℃

當澆筑層厚2m，齡期3d時，查表，有ξ=0.57。

（4）混凝土內部最高溫度Tmax

T3=Tt×ξ=49.03×0.57=27.95℃

Tmax=Tj+T3=24.02+27.95=51.97℃

（5）混凝土表面溫度Tb（τ）

①保溫措施采用兩層（30mm）草袋覆蓋結合100mm蓄水，保溫層隔熱系數β

β=

式中：δi——保溫材料厚度，水為0.1m，草袋為0.03m；

λi——保溫材料導熱系數，水為0.58W/m·K，草袋為0.14W/m·K；

βq——空氣層傳熱系數，βq=23W/m2·K；

有：

②混凝土的虛鋪厚度h′

h′=K

式中：λ——混凝土導熱系數，取2.33（W/m·K）；

K——計算折減系數，取0.666；

所以

③混凝土計算厚度H

H=h+2h′

h′=0.666×=0.668m

H=h+2h′=2+2×0.668=3.336m

式中：h——混凝土實際厚度，取最大厚度2m；

④混凝土內最高溫度與外界氣溫之差△T（τ）

⑤混凝土表面溫度Tb（τ）

（6）水代熱計算：

混凝土中心最高溫度與表面溫度之差[Tmax-Tb（τ）]=49.03℃-40.39℃=8.64℃，表面溫度與大氣溫度之差[Tb（τ）-Tq]=40.39℃-25℃=15.39℃，均未超出25℃的規定，故只需采取上述保溫措施，即可保證質量。

3.3 溫度應力計算

主要為驗算由溫差和混凝土收縮所產生的溫度應力σmax是否超過當時厚板的極限抗拉強度Rc，即K=ft/σmax≥1.5。

采用公式：

式中：σi（t）——各齡期混凝土基礎所承受的溫度應力，單位為MPa；

Ei（t）——各齡期的混凝土彈性模量，Ec=3.0×104，單位為MPa；

a——為混凝土線膨脹系數，取1.0×10-5，單位為1/℃；

Ti（t）——各齡期混凝土綜合溫差，實際溫升最高在混凝土澆筑后第三天Tmax=51.97℃；

Si（t）——各齡期混凝土松弛系數，取30d最大值0.57計算；

cosh——是雙曲余弦函數；

L——結構長度，本工程厚板長度L=60000，單位為mm；

β——系數，與底板厚度及地基水平阻力系數有關，單位為1/mm。

根據以上公式、代入本工程相應數據，算得K=ft/σmax=1.43MPa/0.76MPa≥1.5。（C30混凝土30d齡期時的抗拉強度，由“混凝土結構設計規范”表4.1.5查得），由此可知，不會因降溫時混凝土收縮而引起收縮裂縫。

4 混凝土裂縫控制措施

4.1 選擇合理的配合比

優先選用水化熱較低的礦渣水泥；使用粗骨料，盡量選用粒徑較大、級配良好的粗細骨料；控制砂石含泥量；摻加粉煤灰等摻合料或摻加相應的減水劑，改善和易性、降低水灰比，以達到減少水泥用量、降低水化熱的目的以滿足減少水泥用量；嚴禁在現場隨意加水以增大坍落度；摻加減水劑和適量的粉煤灰，可減少沉降量，促進工作性和流動性；采用泵送混凝土施工，其配合比應進行試泵送。

4.2 混凝土生產

本工程采用商品混凝土，所以對混凝土供應商的控制成為關鍵，項目部應定期對使用的原材料物理性能進行抽檢，要求混凝土供應商做到：控制砂、石的含泥量，確保砂、石的含泥量分別在1%和3%內；在炎熱氣候，當砂、石料溫度過高時，應灑水降溫，嚴格控制砂、石料的入槽溫度。

4.3 施工工藝

（1）大體積混凝土的施工，一般宜在低溫條件下進行，即最高氣溫≤30℃為宜。

（2）混凝土的配制，應嚴格掌握各種原料的配合比，其重量誤差為：水泥、外摻合料±2%；粗、細骨料±3%；水、外加劑溶液±2%。

（3）攪拌后的混凝土，應及時運至澆筑地點，入模澆筑。在運送過程中，要防止混凝土離析、灰漿流失、坍落度變化等現象。

4.4 混凝土養護

（1）澆水養護：采用澆水養護不得小于14晝夜，剛澆筑的混凝土，處于凝固硬化階段，水化的速度較快，澆水使其保持在適宜的潮濕狀態，可有利于水泥的水化作用，從而提高混凝土的極限拉伸強度，同時可防止混凝土表面脫水而產生干縮裂縫；

（2）混凝土表面保溫養護：采用兩層（30mm）草袋覆蓋結合100mm蓄水，主要的降低大體積混凝土澆筑塊體的里外溫差值，以降低混凝土塊體的自約束力，其次是降低大體積混凝土澆筑塊體的降溫速度，充分利用混凝土的抗拉強度，以提高混凝土體承受外約束力時的抗裂能力，達到防止或控制溫度裂縫的目的。

5 結束語

本工程由于運用裂縫溫度控制理論，找到影響裂縫的主要原因，并采取相應有效措施，現場控制實際情況跟理論相接近，經質監部門驗收，未出現裂縫，施工質量優良。人為本和在戰術上高度予以重視，是保證特殊工程質量的指導思想。

參考文獻

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