大體積混凝土施工裂縫控制方法

摘  要：從大體積混凝土施工的特點出發(fā)，結(jié)合實例，分析溫度裂縫產(chǎn)生原因和防治措施。

關(guān)鍵詞：混凝土施工；裂縫控制；防治措施

中圖分類號：TU528.07;TU755.7         文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

　　目前大體積混凝土越來越多，但是溫度裂縫問題還未完全解決。貴陽鑫海大廈轉(zhuǎn)換層采用2.0 m厚混凝土整板結(jié)構(gòu)，根據(jù)工程特點，運用裂縫控制理論，研究裂縫原因，提出了施工防治措施，效果較好。

1  工程概況

　　鑫海大廈位于貴陽延安中路，占地面積：1466 m²，總建筑面積：24111 m²，地下一層，地上二十七層，建筑總高：89.9 m，是集商業(yè)、辦公、住宅為一體的綜合性建筑。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計選用了轉(zhuǎn)換層形式。

2  轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計特征

　　轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式：即第四層頂板為一塊實心混凝土整板，將上部二十四層結(jié)構(gòu)荷載過渡轉(zhuǎn)換到板下框架體系。轉(zhuǎn)換層標(biāo)高17.1-19.1 m,板厚2.0 m,柱頂局部板厚2.4 m，轉(zhuǎn)換層面積740 m²,板內(nèi)上下各兩層設(shè)縱橫雙向Ф32、＠200×200鋼筋網(wǎng)片；中間又有兩層Ф22、＠200×200鋼筋網(wǎng)片；網(wǎng)片間＠600×600設(shè)Ф22立筋，混凝土總量1640 m³,混凝土采用C50的商品混凝土。板下框架柱網(wǎng)尺寸：8.7 m×8.9 m-8.4 m×12 m不等。

3  大體積混凝土施工

　　轉(zhuǎn)換板按施工組織設(shè)計分兩層澆筑，2 m厚C50混凝土轉(zhuǎn)換板分二次澆筑，第一層先澆0.8 m厚，等它達(dá)到90%設(shè)計強度后，再澆第二層1.2 m厚混凝土。該結(jié)構(gòu)符合有關(guān)規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在0.8 m厚以上、水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計超過25 ℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。

　　該工程轉(zhuǎn)換層混凝土的施工在九月中旬，日平均溫度在21 ℃左右，混凝土最高溫度的峰值一般出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第三天，對混凝土澆筑后的內(nèi)部最高溫度與氣溫溫差要控制在25 ℃內(nèi)，以免因溫差和混凝土的收縮產(chǎn)生裂縫。我們對混凝土質(zhì)量控制指標(biāo)提出如下要求：（1）采用水化熱低的礦渣水泥；（2）摻入適量的1級粉煤灰；（3）混凝土在滿足泵送要求的坍落度的前提下，最大限度控制水灰比；（4）摻AEA微膨脹劑。由于使用的是商品混凝土，廠家采用散裝硅酸鹽水泥，而且貴州沒有1級粉煤灰，因此，只能滿足以上（3）、（4）條要求。這樣對解決混凝土早期溫度應(yīng)力和后期收縮應(yīng)力問題并控制混凝土裂縫的產(chǎn)生提出了更高的技術(shù)要求。對此采取了以下混凝土裂縫控制措施。

1.混凝土溫度的計算

　　水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部實際最高溫度與混凝土的絕熱溫升有關(guān)。

　?、倩炷恋慕^熱溫升：T=W×Q₀×（1-e^-mt）/（C×r）

　　式中：T—混凝土的絕熱溫升（℃）

　　　　　W—每m³混凝土的水泥用量（kg/m³），取530 kg/m³

　　　　　Q₀—每公斤水泥28天的累計水化熱，查《大體積混凝土施工》P₁₄表2-1，Q₀=460240 J/kg

　　　　　C—混凝土比熱993.7 J/(kg·K⁰)

　　　　　R—混凝土容重2400 kg/m³

　　　　　t—混凝土齡期（天）

　　　　　m—常數(shù)，與水泥品種、澆筑時溫度有關(guān)

　　混凝土最高絕熱溫升：T_max=530×460240/(993.7×2400)=102.28（℃）

　?、诨炷林行臏囟龋篢_h=T_j+T_max×ζ

　　式中：T_h—混凝土中心溫度          

　　　　　T_j—混凝土澆筑溫度（℃）

　　　　　ζ—不同澆筑混凝土塊厚度的溫度系數(shù)，對1 m厚混凝土3天時ζ=0.36

　　③混凝土澆筑溫度:T_j=T_C+(T_P+T_C)×(A₁+A₂+A₃+......+A_n)

　　式中：T_C—混凝土拌合溫度（它與各種材料比熱及初溫度有關(guān)），按多次測量資料，有日照時混凝土拌合溫度比當(dāng)時溫度高5-7 ℃，無日照時混凝土拌合溫度比當(dāng)時溫度高2-3 ℃，我們按3 ℃計。

　　T_P—混凝土澆筑時的室外溫度（九月中旬，室外平均溫度以21 ℃計）

　　A₁+A₂+A₃+......+A_n—溫度損失系數(shù)，查《大體積混凝土施工》P33表3-4得：

　　A₁—混凝土裝卸，每次A=0.032(裝車、出料二次數(shù))

　　A₂—混凝土運輸時，A=Q×t

　　式中：Q為6 m³滾動式攪拌車其溫升0.0042，混凝土泵送不計。

　　　　　t為運輸時間（以分鐘計算），從商品混凝土公司到工地約30分鐘。

　　　　　A₃—澆筑過程中A=0.003×60=0.18

T_j=T_C+(T_P+T_C)×(A₁+A₂+A₃+......+A_n)=24+(21+24)×(0.064-0.126+0.18)

=24+(45)×0.116=29.31 ℃

　　則混凝土內(nèi)部中心溫度:T_h=T_j+T_max×ζ=29.31+102.28×0.36 =66.13（℃）

　　從混凝土溫度計算得知,在混凝土澆筑后第三天混凝土內(nèi)部實際溫升為66 ℃,比當(dāng)時室外溫度(21 ℃)高出45 ℃,必須采用相應(yīng)的措施,防止大體積鋼筋混凝土板因溫差過大產(chǎn)生裂縫。

2.溫度應(yīng)力計算

　　計算溫度應(yīng)力的假定：

　　①混凝土等級為C₅₀，水泥用量較大530 kg/m³；

　　②混凝土配筋率較高，對控制裂縫有利；

　　③底模對混凝土的約束可不考慮；

　?、軒缀纬叽绮凰闾?，水化熱溫升快，散熱也快。

　　因此，降溫與收縮的共同作用是引起混凝土開裂的主要因素。先驗算由溫差和混凝土收縮所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力σ_max是否超過當(dāng)時厚板的極限抗拉強度R_c.采用公式；

σ_max=EaT[1-1/(coshβL/2)])s

　　式中：

　　E—混凝土各齡期時對應(yīng)的彈性模量E_t=E_c（1-e^-0.9t）

　　式中:e=2.718自然對數(shù)的底;

　　　　t-混凝土齡期（天數(shù)）

　　　　E_c—混凝土28天時C₅₀的彈性模量E_t=3.5×10⁵ MPa（《大體積混凝土施工》P26表2-13查得）

　　　　a—混凝土的線膨脹系數(shù)1.0×10^-5

　　　　L—結(jié)構(gòu)長度，本工程厚板長度L=44 m（取長度）。

　　　　T—結(jié)構(gòu)計算溫度：前面已述該厚板最大絕熱溫升T_max=102.26 ℃

　　實際溫升最高在混凝土澆筑后第三天T₃=T_max×ζ=102.26 ℃×0.36=36.82 ℃

　　coshβ—是雙曲余弦函數(shù)

　　　H—結(jié)構(gòu)厚度，本工程厚板厚度 H=0.8,H/L=0.8/44=0.018≤0.2,符合計算假設(shè)。

　　　C_x—混凝土板與支承面間滑動阻力系數(shù)，對竹膠模板，比較砂質(zhì)土的阻力系數(shù)考慮，取C_x=30 N/mm².

　　　S—混凝土應(yīng)力松弛系數(shù)，由“高層建筑基礎(chǔ)工程施工”7-2表查得各齡期的S值。

　　參照“大體積混凝土施工”，根據(jù)以上公式、代入本工程相應(yīng)數(shù)據(jù)，算得σ_max=1.18 MPa≤1.89 MPa(該混凝土30天齡期時的抗拉強度,由“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范”表4.1.4查得),由此可知,不會因降溫時混凝土收縮而引起收縮裂縫。

3.配制混凝土?xí)r，采取雙摻技術(shù)

　?、贀礁咝p水劑，使混凝土緩凝，要求混凝土初凝時間大于9小時，以推遲水泥水化熱峰值的出現(xiàn)，使混凝土表面溫度梯度減少。

　?、诩覣EA微膨脹劑（摻量為水泥用量的10%），以補償混凝土的收縮。

　?、郾ＷC混凝土澆筑速度，不產(chǎn)生人為冷縮。

　　④設(shè)加強帶，在加強帶處微膨脹劑摻量增加為14%.

4.保溫、保濕及補償措施

　　根據(jù)氣象預(yù)報，擬澆筑三天后的平均氣溫為21 ℃.為防止因混凝土內(nèi)外溫差超過25 ℃而開裂，經(jīng)研究、比較，在不可能降低水泥用量、摻粉煤灰及選用礦渣水泥的條件下，我們采取下列保溫、保濕等保養(yǎng)措施。

　　①底模：除因模板支撐結(jié)構(gòu)需要，滿鋪100×50×2000 mm³木枋外，在木模板上滿鋪一層塑料薄膜，再鋪一層竹膠板。在澆筑前三天，澆水濕透。

　?、谠谌龑优c轉(zhuǎn)換板之間，凡無剪力墻部位，四周用塑料編織布作圍護，使板下形成一溫棚，以減少空氣流動，達(dá)到保溫作用。

　?、墼跐仓炷帘砻?2小時后，加塑料薄膜一層、麻袋二層覆蓋。

　?、茉O(shè)溫度測試點，在有代表性的位置設(shè)測溫點，隨時了解混凝土澆筑后（特別是第二天）開始升、降溫情況，隨時準(zhǔn)備增、減覆蓋物。

　?、菁訌妼炷恋谋ｐB(yǎng)，不斷觀察混凝土保濕狀況，定時澆水保濕。

　　在澆筑第二層1.2 m厚混凝土?xí)r,已為12月中旬，氣溫在5 ℃左右,澆筑3天后混凝土內(nèi)部溫度可達(dá)56 ℃,更要加強保溫保濕措施。

　　考慮到第一層混凝土板對上面第二層溫度變形的約束，除認(rèn)真控制混凝土內(nèi)外溫差外，該板結(jié)構(gòu)設(shè)計在1.2 m厚板下400 mm處設(shè)一層Ф22＠200×200的鋼筋網(wǎng)片，以防上層混凝土變形時把下層混凝土拉裂。

5.溫度測試

　　本工程采用北京建筑技術(shù)發(fā)展中心生產(chǎn)的建筑電子測溫儀測溫。兩次澆筑分別設(shè)了10個和7個測溫斷面，每個測溫斷面分別在上、中、下及覆蓋層下埋設(shè)測溫傳感器，在澆筑混凝土后的5天內(nèi)，每2小時測讀一次溫度，同時監(jiān)測氣溫。實測結(jié)果與理論計算對比如下(中間斷面點)：

　　從比較表中看出，理論計算與實測數(shù)據(jù)十分接近，可以作為以后制定保溫保濕措施的依據(jù)。

4  結(jié)束語

　　大體積混凝土板施工的關(guān)鍵是防止混凝土開裂。

　　在不可能摻粉煤灰和不允許減少水泥用量的條件下，由于運用裂縫溫度控制理論，找到影響裂縫的主要原因，采取有效措施，本工程轉(zhuǎn)換板C50大體積混凝土施工，經(jīng)質(zhì)監(jiān)部門驗收，未出現(xiàn)裂縫，施工質(zhì)量優(yōu)良。工程已竣工多年，經(jīng)過多年實踐證明，轉(zhuǎn)換板沒有發(fā)生裂縫，保證了工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 葉琳昌，沈義.大體積混凝土施工［M］.北京：中國建筑出版社，1987.

［2］ 趙志縉.高層建筑基礎(chǔ)工程施工［M］.北京：中國建筑出版社，1986.

［3］ 徐仁祥.建筑施工手冊第四冊，第三版［M］.北京：中國建筑出版社，1997.

Crack Control Technique of Mass Concrete Construction

LI Chun－mei

(No.1 Construction Company,Guizhou Construction Group,Guiyang 550003,China)

Abstract:This paper analyzes the causes and preventive measures of temperature crack,starting from the features of mass concrete construction and taking practical projects as examples.

Key words:mass concrete construction;crack control;preventive measure