建筑工程基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫的預(yù)防

石懷亮

摘要：隨著城市大型建筑工程的增多，大體積混凝土結(jié)構(gòu)以其材料價(jià)廉物美、施工方便、承載力大等特點(diǎn)，日益受到人們的歡迎、應(yīng)用越來(lái)越多。大體積混凝土的裂縫控制是一項(xiàng)比較復(fù)雜的施工技術(shù)，要有效控制混凝土的裂縫，必須從原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工過(guò)程以及養(yǎng)護(hù)等各環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制，以保證橋梁工程的使用質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；溫度控制；裂縫預(yù)防

1.背景資料

一般，大體積混凝土的裂縫是混凝士結(jié)構(gòu)工程中比較常見(jiàn)的現(xiàn)象，大體積混凝土指的是最小斷面尺寸大于1m2以上的混凝土結(jié)構(gòu)，其尺寸已經(jīng)大到必須采用相應(yīng)的技術(shù)措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫開(kāi)展的混凝土結(jié)構(gòu)。其實(shí)質(zhì)是由于混凝土中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積混凝土內(nèi)部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內(nèi)外溫差過(guò)大，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能會(huì)使混凝土開(kāi)裂。

因此，由于大體積混凝土在施工中極易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，特別是基礎(chǔ)貫穿裂縫出現(xiàn)在重要的結(jié)構(gòu)部位，危害極大，它會(huì)降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，危及到建筑物的安全。所以，怎樣有效地控制基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，成為關(guān)鍵問(wèn)題。

2.工程概況

某大廈是一座集商業(yè)與住宅為一體的綜合性現(xiàn)代化建筑，地下1層，地上25層，其中地下室建筑面積為9695 m2。大廈基礎(chǔ)的其中一部分為矩形的筏板大體積混凝土，厚度為1.6m，采用C40、抗?jié)B等級(jí)為S8的混凝土1515m3左右，施工時(shí)間是3月份，在晝夜溫差不大的情況下，于30h內(nèi)一次澆灌完畢。

3.大體積混凝土施工的質(zhì)量控制

為了防止大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，在本工程基礎(chǔ)大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制方面，我們從控制混凝土溫升、延緩混凝土降溫速率、減少溫度應(yīng)力和抵抗收縮應(yīng)力等方面，采取一系列技術(shù)措施。

3.1合理選擇和控制混凝土的用料

為了避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，在選擇混凝土的用料上，應(yīng)盡量使用中低熱的水泥品種，合理確定配合比，盡量減少水泥用量，減少水化熱，經(jīng)過(guò)計(jì)算多次試配，最終與商品混凝土公司共同確定了C40混凝土的配合比，見(jiàn)表1。

①該項(xiàng)目大廈基礎(chǔ)混凝土選用水化熱低的42.5礦渣硅酸鹽水泥，P.S42.5水泥熱量Q P.S=334KJ/kg。②利用活性礦物摻合料──Ⅱ-粉煤灰對(duì)配合比中的水泥進(jìn)行了等量代換，可以改善混凝土工作性和可泵性，明顯降低混凝土水化熱。③采用了UEA-ZH外加劑，用其內(nèi)摻，可減少水泥用量，降低水化熱，補(bǔ)償混凝土的收縮。④細(xì)骨料選擇。根據(jù)泵車(chē)輸送管為?150mm的情況，選用5～31.5mm碎石，調(diào)整石子的級(jí)配，以免堵泵；細(xì)骨料采用的是中砂，通過(guò)0.315mm篩孔的砂不少于15%，減少水泥用量及降低混凝土干縮.⑤加入聚丙稀纖維，能增加混凝土的韌性，提高混凝土的抗拉能力。

經(jīng)按相關(guān)公式計(jì)算，混凝土的絕熱溫升Tmax=47.9℃。

基礎(chǔ)處于散熱條件下，考慮表面一維散熱，應(yīng)用差分法得出散熱影響系數(shù)為0.6～0.65，該工程取0.60，因該地區(qū)3月份氣溫在19℃左右，考慮到各種因素的綜合影響，取混凝土入模溫度23℃，故預(yù)測(cè)混凝土中心部位最高溫度℃（未考慮UEA-ZH的作用）。

T′max=0.6 Tmax+23=51.8℃

3.2合理?yè)郊臃勖夯?/p>

該工程施工中，在混凝土內(nèi)摻入一定數(shù)量的粉煤灰等量取代水泥，在降低水泥用量和混凝土的水化熱方面取得較好的效果。① 粉煤灰中的山灰反應(yīng)比較遲緩，發(fā)熱的速率較低，等量取代水泥可使混凝土內(nèi)部頂峰溫度顯著降低，達(dá)到頂峰溫度的時(shí)間也向后推遲，減少了水化熱，防止大體積混凝土開(kāi)裂。② 摻粉煤灰，粉煤灰顆粒呈球形，具有“滾珠效應(yīng)”而起潤(rùn)滑作用，能改善混凝土的粘塑性，并可增加泵送混凝土要求的0.315mm以下細(xì)粒的含量，改善混凝土可泵送性，降低混凝土的水化熱。③ 另外，根據(jù)大體積混凝土的強(qiáng)度特性，初期處于高溫條件下，強(qiáng)度增長(zhǎng)較快、較高，但后期強(qiáng)度就增長(zhǎng)緩慢。這是由于高溫條件下水化作用迅速，隨著混凝土的齡期增長(zhǎng)，水化作用慢慢停止的緣故，但摻加粉煤灰后，可改善混凝土的后期強(qiáng)度。

3.3科學(xué)使用外加劑

在基礎(chǔ)施工中，按內(nèi)摻法，每立方米混凝土摻入了34kg緩凝泵送型UEA-ZH，占水泥量的10%，所配置的混凝土坍落度提高10cm以上，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)2～4h，泌水性和離散性均較小，混凝土強(qiáng)度提高，更重要的是UEA-ZH（緩凝型）的摻入，UEA-ZH混凝土能產(chǎn)生膨脹效應(yīng)，它可以補(bǔ)償混凝土收縮，從而降低混凝土收縮當(dāng)量溫度，減少溫度應(yīng)力，對(duì)大體積混凝土收縮縫控制是有利的。

3.4有序組織混凝土的施工

通過(guò)改善混凝土的施工工藝，可以在一定的程度上減少混凝土的收縮和提高其極限拉伸值εP，這對(duì)防止產(chǎn)生溫度裂縫亦起一定的作用，因此，在施工中，應(yīng)采取措施確保混凝土的質(zhì)量：①加強(qiáng)計(jì)量管理和所用材料的管理，確保混凝土配合比的實(shí)現(xiàn)。②對(duì)澆筑后的混凝土進(jìn)行2次振搗，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，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，減少內(nèi)部微裂，增加混凝土密實(shí)度，使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高10%～20%左右，從而提高抗裂性。③采用2次投料的砂漿裹石或凈漿裹石的攪拌工藝，可有效地防止水份向石子與水泥砂漿界面的集中，硬化后的界面過(guò)度層的結(jié)構(gòu)致密，粘結(jié)加強(qiáng)，從而使混凝土強(qiáng)度提高10%左右，也提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值。

3.5注重混凝土養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土澆筑后，為了減少升溫階段內(nèi)外溫差，防止產(chǎn)生表面裂縫，給予適當(dāng)?shù)某睗耩B(yǎng)護(hù)條件，防止混凝土的水化熱降溫速率延緩，減少結(jié)構(gòu)計(jì)算溫差，防止產(chǎn)生過(guò)大溫度應(yīng)力和產(chǎn)生溫度裂縫，對(duì)混凝土進(jìn)行保濕和保溫養(yǎng)護(hù)是重要的。本工程采用草袋為混凝土的保溫材料。大體積混凝土表面保溫、保濕材料的厚度，可根據(jù)熱交換原理按下式計(jì)算得δ=0.032mm，即用兩層草袋。

混凝土表面溫度計(jì)算，按相關(guān)公式計(jì)算得：Tb=38.1℃。

由上面計(jì)算可知，混凝土內(nèi)外溫差△ T=T′max-Tb=14（℃）。采用表1中的混凝土配合比能夠滿(mǎn)足YBJ1224-91《塊體基礎(chǔ)大體積施工技術(shù)規(guī)程》中混凝土澆筑塊體在入模溫度最大值不宜大于35℃，內(nèi)部最高溫度不高于75℃，內(nèi)外溫差不宜大于25℃的要求，能保證混凝土質(zhì)量。

4.結(jié)語(yǔ)

在本工程中，為防止表面降溫速率過(guò)快產(chǎn)生裂縫，科學(xué)合理地選擇原材料降低水化熱，在混凝土中摻加水泥用量0.08%的聚丙稀纖維，以彌補(bǔ)混凝土早期彈性模量最小的情況下膨脹劑起作用很小的缺陷，充分利用聚丙稀纖維與膨脹劑的不同特性，加大混凝土表面的早期抗拉強(qiáng)度；做好澆筑前的混凝土最高溫度預(yù)測(cè)和覆蓋材料厚度的計(jì)算，減少混凝土內(nèi)外溫差，延緩降溫速率，減少溫度應(yīng)力；施工中，對(duì)大體積混凝土的測(cè)溫工作，掌握溫度變化情況，及時(shí)采取措施。經(jīng)1個(gè)多月的觀察，基礎(chǔ)混凝土表面光潔，未出現(xiàn)裂縫。