李偉強(qiáng)

摘要：溫度裂縫時(shí)筏板大體積混凝土典型的質(zhì)量通病，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性有著較大的影響。本文結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，重點(diǎn)分析了筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工溫度裂縫產(chǎn)生的原因，并針對(duì)裂縫控制工作提出了一些切實(shí)有效的技術(shù)措施，以供實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：筏板基礎(chǔ)；大體積混凝土；溫度裂縫；技術(shù)措施

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模得到進(jìn)一步的擴(kuò)大，各種類型的建筑工程數(shù)量日益增加，這對(duì)建筑物的質(zhì)量安全提出了更高的要求。大體積混凝土作為一種新型的建筑材料，具有結(jié)構(gòu)厚實(shí)、耐久性好和強(qiáng)度高等特點(diǎn)，目前在城市筏板基礎(chǔ)、施工建筑等方面有著廣泛的應(yīng)用。但由于大體積混凝土在澆筑過程中容易受到溫度變化、水泥水化熱、施工技術(shù)和人員操作等因素的影響，致使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫的現(xiàn)象，若施工人員不及時(shí)進(jìn)行有效的措施，不僅會(huì)影響到大體積混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、穩(wěn)定性和安全性，而且也會(huì)給建筑物的運(yùn)作帶來嚴(yán)重的安全隱患，甚至造成不可換回的損失。因此，建設(shè)單位必須重視筏板基礎(chǔ)大體積混凝土溫度裂縫的控制工作，采取有效措施，以確保建筑物的質(zhì)量安全。

1 工程概況

某商業(yè)建筑，地下1層，地上3層（局部4層），主體為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。主體樓總建筑面積36631.81m2，其中地下13720.32m2，地上22911.49m2。主體樓建筑基底面積8780.04m2，梁板式筏形基礎(chǔ)，厚度為500～900mm，地梁厚1.5m，部分達(dá)到1.9m。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C35，抗?jié)B強(qiáng)度P6，筏基部分混凝土總澆筑量9800m3?！?.000以下大體積混凝土澆筑施工都在冬季進(jìn)行。

2 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理及原因分析

2.1 筏板基礎(chǔ)界定為大體積混凝土的理由

JGJ55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中對(duì)大體積混凝土進(jìn)行了解釋，描述為：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸等于或大于1m，或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土。樞紐主體樓的筏板基礎(chǔ)厚度雖不均勻（500～1900mm），但筆者認(rèn)為，術(shù)語中的“大”給我們很多混凝土工程的裂縫控制造成了誤解，是否界定為“大體積混凝土”，主要應(yīng)該從水泥水化熱引起的內(nèi)外溫差變化和體積變化致使混凝土出現(xiàn)有害裂縫來界定，該樞紐工程基礎(chǔ)混凝土澆筑處在冬季施工，混凝土內(nèi)外溫差較大，故應(yīng)界定為大體積混凝土。

2.2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

大體積混凝土產(chǎn)生的裂縫，絕大部分都是溫度裂縫，即混凝土在硬化期間水泥水化過程中釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮，以及外界約束條件的共同作用產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，而引起混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

在冬季進(jìn)行大體積混凝土的施工，環(huán)境溫度較低，而混凝土在經(jīng)攪拌后溫度通常較高，外界氣溫變化大，極易因內(nèi)外溫差過大出現(xiàn)溫度裂縫。3種裂縫產(chǎn)生原因：①水化熱產(chǎn)生的裂縫；②內(nèi)外溫差產(chǎn)生裂縫；③約束條件產(chǎn)生裂縫。

樞紐主樓大體積混凝土筏板基礎(chǔ)在冬季施工中主要從以上3個(gè)方面對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了控制。

3 控制裂縫的技術(shù)措施

3.1 減少外部約束條件

樞紐主體樓地基土為粉質(zhì)黏土，約束很小，實(shí)際施工過程中，我們對(duì)墊層混凝土采用分塊（8m×8m）澆筑的方法，塊與塊中間設(shè)置聚苯板分隔條，進(jìn)一步降低地基對(duì)基礎(chǔ)的約束。避免基礎(chǔ)混凝土下部因?yàn)榧s束過大而產(chǎn)生不易察覺的裂縫。

3.2 控制原材料及配比

為滿足大體積混凝土控制水泥水化熱和冬季施工的雙重要求，在保證強(qiáng)度的前提下盡量減少水泥用量?；炷两M成材料的種類及摻量選擇如下：

1）理論上應(yīng)優(yōu)先選用低水化熱的礦渣水泥，但考慮到抗凍性要求，該工程選用了P.O42.5水泥。

2）控制粗細(xì)骨料質(zhì)量：選用5～25連續(xù)級(jí)配的碎石，含泥量不超過1%；選用細(xì)度模數(shù)在2.5左右的中砂，含泥量不超過1%。

3）摻用2種外加劑和2種摻合料：摻用AN4000聚羧酸系高效減水劑（防凍型），減水率達(dá)到32%；摻用膨脹劑UEA，補(bǔ)償混凝土收縮；摻用Ⅱ級(jí)粉煤灰，降低水泥用量、降低水化熱；摻用S95礦渣粉，降低水化熱。通過摻用外加劑和摻合料，有效地減少了水泥用量，與基準(zhǔn)相比，可延緩凝結(jié)時(shí)間8～10h。

4）優(yōu)化混凝土配合比：經(jīng)試驗(yàn)室多組試配比較，確定該基礎(chǔ)混凝土配合比。

5）混凝土抗裂驗(yàn)算

以最不利的第4段為驗(yàn)算對(duì)象，根據(jù)以往冬季施工經(jīng)驗(yàn)，入模溫度要求控制在15℃左右，相關(guān)數(shù)據(jù)查閱《簡明施工計(jì)算手冊(cè)》，計(jì)算過程如下：

①混凝土水化熱絕熱升溫計(jì)算：

T（t）=WQ（1-e-mt）/cρ，（4）

式中：T（t）為混凝土澆筑后某一時(shí)間t的絕熱溫升值，℃；W為每1m3混凝土的水泥用量，kg/m3，該工程為275kg/m3；Q為每1kg水泥的水化熱，kJ/kg，該工程為335kJ/kg；c為混凝土的比熱，取0.96kJ/（kg℃）；ρ為混凝土的質(zhì)量密度，取2400kg/m3；m為與水泥品種、溫度有關(guān)的振搗時(shí)水化熱速度系數(shù)，取0.42。

②混凝土內(nèi)部中心溫度計(jì)算

Tmax（t）=Tj+T（t）ξ，（5）

式中：Tmax（t）為不同齡期時(shí)混凝土內(nèi)部中心最高溫度；Tj為混凝土入模溫度，該工程為15℃；T（t）為混凝土澆筑后某一時(shí)間的絕熱溫升值，℃；ξ為混凝土不同齡期的升溫系數(shù)，第10d為0.18，第11d為0.15。

③溫度應(yīng)力驗(yàn)算：

以4段為例，該計(jì)算段H/L=1900/38000=0.05<0.2，符合計(jì)算假定要求。由收縮引起的最大溫度拉應(yīng)力計(jì)算公式為：

σmax=EαT[1-1/cosh（β×L/2）]S，（6）

式中：σmax為收縮引起的最大溫度拉應(yīng)力，N/mm2；E為混凝土一定齡期時(shí)的彈性模量，N/mm2；計(jì)算得19748。α為混凝土的線膨脹系數(shù)，1.0×10-5℃；T為結(jié)構(gòu)計(jì)算溫度，℃；S為應(yīng)力松弛系數(shù)，按第11d取S=0.46；L為結(jié)構(gòu)長度，該計(jì)算段為38000mm；β為與底板厚度及地基水平阻力有關(guān)的系數(shù)，β=（CX/HE）-2，其中，CX為阻力系數(shù)，該工程地基土為C10混凝土，取值0.8N/mm3；H為結(jié)構(gòu)厚度，該計(jì)算段為1900mm，β=[0.8/（7454×1900）]-2=2.38×10-4。

σmax=19748×1.0×10-5×1.18[1-1/cosh（2.38×10-4×38000/2）]×0.46=0.105N/mm2。

由計(jì)算結(jié)果可以推斷出，混凝土在第10d到11d由于水化熱溫度產(chǎn)生的溫度應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土第10d的抗拉強(qiáng)度，在隨后的混凝土齡期內(nèi)，隨著內(nèi)部升溫的逐漸減弱，抗拉強(qiáng)度的逐漸增加，將更不易出現(xiàn)裂縫。故在該配比情況下，混凝土不會(huì)因?yàn)樗療嵋鸬臏囟葢?yīng)力而使結(jié)構(gòu)開裂。

3.3 選擇混凝土澆筑方法

通過永久變形縫和后澆帶的劃分，基礎(chǔ)共分為14段，根據(jù)各段不同的厚度，施工中確定了不同的澆筑方式。

實(shí)際施工中采用隔倉施工，為消除施工冷縫，要求混凝土拌合物初凝時(shí)間要大于10h，混凝土澆灌的每批覆蓋時(shí)間控制在6h以內(nèi)，每個(gè)澆筑面配備12臺(tái)6m3混凝土攪拌運(yùn)輸車和2臺(tái)混凝土泵（汽車式），要求每臺(tái)泵的泵灌量為24m3/h，每臺(tái)泵的澆筑范圍內(nèi)配備4個(gè)振搗棒進(jìn)行振搗，施工員、質(zhì)檢員各1名進(jìn)行監(jiān)督；控制入模溫度在15℃以下。要求泵管配備串筒，以防止混凝土離析。配備操作工在澆筑部位完成2～3h后對(duì)表面進(jìn)行2次趕光壓平，3、4、5段做到“三壓三平”，且及時(shí)覆蓋保溫材料。

3.4 依據(jù)測溫監(jiān)控指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)

1）養(yǎng)護(hù)方法。養(yǎng)護(hù)采用覆蓋保溫的方法，用1層塑料布和2層阻燃草簾覆蓋保溫。根據(jù)同類工程的經(jīng)驗(yàn)，此種覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)方法可相當(dāng)于2m厚混凝土的等效厚度，從而使混凝土表面溫度與大氣溫度相差20～25℃。這種保溫方法既可以減少混凝土表面熱量擴(kuò)散，降低混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫；又可以延長混凝土散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度潛力和徐變特性，使溫差對(duì)于混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土工程的抗拉強(qiáng)度，防止產(chǎn)生貫穿性裂縫。

2）測溫監(jiān)控。此處論述的測溫監(jiān)控僅為對(duì)混凝土內(nèi)的溫度測試?，F(xiàn)場溫度監(jiān)測采用電子溫度數(shù)據(jù)采集裝置，其中在第5段共埋設(shè)60個(gè)測溫點(diǎn)，埋深L=950mm的用于測量地梁中心位置的溫度，埋深L=100mm的用于測量混凝土表面溫度，埋深L=1800mm的用于測量混凝土底部的溫度。混凝土澆筑后每隔2h測量1次，澆筑后從第4～7d每隔4h測量1次，在每次測溫的同時(shí)測大氣溫度。

3）利用測溫監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工作實(shí)例。在第3段混凝土澆筑完成3d后，通過測溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)3L13點(diǎn)處表面溫度從15.423℃在4h內(nèi)降到5.121℃。經(jīng)過現(xiàn)場核查，發(fā)現(xiàn)此處梁側(cè)的阻燃草簾被風(fēng)刮走，現(xiàn)場及時(shí)采取了措施。重新覆蓋后，監(jiān)測數(shù)據(jù)恢復(fù)了正常。

4 裂縫控制的實(shí)際效果

交通樞紐主樓筏板基礎(chǔ)在2011年2月10日澆筑完成后，經(jīng)過上級(jí)單位和行業(yè)協(xié)會(huì)的多次檢查，到目前為止未發(fā)現(xiàn)裂縫，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

以第4段測溫情況為例，繪出混凝土中心溫度曲線圖，從圖2中可以看出，第10d和第11d的中心最高溫度略低于計(jì)算值，滿足抗裂要求。

5 結(jié)論

通過探討筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工溫度裂縫的控制工作，筆者得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：①工程水泥用量得到有效控制，減少了混凝土開裂的幾率，在今后應(yīng)對(duì)水泥用量進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)算，以確?；炷两Y(jié)構(gòu)的強(qiáng)度；②針對(duì)整體基礎(chǔ)，應(yīng)結(jié)合厚度和尺寸的不同來采取不同的混凝土澆筑方式；③養(yǎng)護(hù)過程應(yīng)重視檢測數(shù)據(jù)的作用，針對(duì)性采取有效的養(yǎng)護(hù)措施，讓混凝土在較均勻降溫和濕潤的環(huán)境中逐漸增長抗拉和抗壓強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林智.筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工溫度裂縫控制[J].城市建設(shè)理論研究.2013年第38期

[2] 馮偉.筏板基礎(chǔ)大體積混凝土溫度裂縫的控制[J].建筑施工.2012年第10期