康志遠(yuǎn)

摘要：因大體積混凝土的內(nèi)外溫差所產(chǎn)生的裂縫一直是困擾建筑施工的難題。結(jié)合某地下特大體積混凝土的施工實(shí)際，分析了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因以及控制措施，并闡述了相關(guān)裂縫控制的施工技術(shù)以及收到的實(shí)際效果。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；水化熱；施工縫；通水冷卻法

一、工程簡介

某工程共包括主站屋、行包房、內(nèi)部用房等幾個單體。主站屋西側(cè)為行包房，東側(cè)為內(nèi)部用房，建筑總面積約為56718m2，其中地上為48767m2，地下為7951m2，高架站房主體檐口高度為24.2m，中心制高點(diǎn)高度約為42.000，屋蓋φ270m，工程底板長超過200m，寬接近80m，厚1.5m，承臺最厚達(dá)6m。底板承臺混凝土標(biāo)號為C45，面積之大，混凝土總澆筑量超過1萬m3，屬大體積混凝土。本工程地下通道結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計及規(guī)定分成若干段進(jìn)行施工，中間設(shè)置橡膠止水帶。筏板基礎(chǔ)按照設(shè)計要求留設(shè)后澆帶。本工程平面超長，整個建筑體型超大，為盡量避免由于溫度、收縮等因素產(chǎn)生有害裂縫的要求，在施工過程中平面上間隔40m～60m設(shè)置后澆帶，將地下室結(jié)構(gòu)劃分為6個區(qū)域，后澆帶寬為1.0m。

二、大體積混凝土裂縫成因分析

本工程為市重大實(shí)事工程，為保萬無一失，我們在施工前即對大體積混凝土可能產(chǎn)生裂縫的原因，進(jìn)行了仔細(xì)的分析和研究，并擬定了相對應(yīng)的防范措施，以備無患。一般而言，大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因可分為內(nèi)在與外在兩類：內(nèi)在原因是混凝土澆筑時水泥釋放大量水化熱且混凝土是熱的不良導(dǎo)體，混凝土的力學(xué)特性如收縮、徐變；外在原因是混凝土處在冷熱交替的環(huán)境中，一般會受到較強(qiáng)的外界約束。

1.水泥水化熱的影響

混凝土澆筑過程中的熱源來自于水泥的水化生熱，大體積混凝土熱傳導(dǎo)方程：

[δTδt]=[?]2T+[1ρc][δQδt] （1）

其中：a——混凝土導(dǎo)溫系數(shù)，a=[λ/ρc]；Q——混凝土熱源函數(shù)；λ——混凝土導(dǎo)熱系數(shù)。

水泥水化熱可以表示成絕熱溫升的函數(shù)，而絕熱溫升函數(shù)一般有指數(shù)式、復(fù)合指數(shù)式和雙曲線式。水泥水化熱一般是在澆筑后短期內(nèi)集中放熱。放熱速度一般和混凝土的配合比，水泥種類有直接關(guān)系。由于大量的水化熱集聚在混凝土內(nèi)部緩慢釋放出來，故一般地，混凝土中心溫度高，而外表面溫度較低，因而在混凝土內(nèi)外產(chǎn)生較大的溫度梯度，使其內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。而當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。

2. 外界氣溫濕度變化的影響

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生有較大影響?；炷羶?nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

三、大體積混凝土裂縫的控制措施

根據(jù)工程實(shí)踐，基于“抗放結(jié)合”的裂縫控制原則，為了防止大體積混凝土裂縫產(chǎn)生，可以從設(shè)計和施工手段兩個方面考慮，最大限度的降低溫差和減小混凝土的收縮達(dá)到裂縫控制的目的。

1.設(shè)計措施

設(shè)計時宜采用中低強(qiáng)度混凝土，避免采用高強(qiáng)度混凝土。為了控制大體積混凝土的表面收縮裂縫，可以適當(dāng)采取在承臺表面合理增加分布鋼筋用量的措施，雖然單靠增加分布鋼筋用量不能明顯的防止裂縫出現(xiàn)，但適當(dāng)增加分布鋼筋的用量可以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和減小溫度裂縫的寬度。大體積混凝土工程施工中如果允許設(shè)置水平施工縫，應(yīng)根據(jù)溫度裂縫的要求進(jìn)行分塊，且設(shè)置必要的連接方式。

2.材料選擇與制備

混凝土內(nèi)本身產(chǎn)生熱量的只有水泥，選用低熱水泥成為降低混凝土內(nèi)部溫升和防裂的重要手段。選擇合理的混凝土的配合比設(shè)計，可以有效的降低水泥產(chǎn)生的水化熱。對選用的低熱水泥還希望早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度仍增長、彈模低、徐變大、自生體變?yōu)榕蛎浶?。同時，適當(dāng)?shù)臏p少水泥用量，并嚴(yán)格控制骨料的質(zhì)量。

3.合理組織施工

實(shí)踐證明，合理組織施工是經(jīng)濟(jì)而有效的措施。在安排混凝土的施工季節(jié)時，可注意以下幾點(diǎn)：第一，盡量避免酷暑、嚴(yán)寒的氣候下施工；第二，不同的混凝土塊對混凝土澆筑溫度及內(nèi)部水化熱溫升不相同；合理組織大體積混凝土施工包括：①降低混凝土澆筑溫度應(yīng)從降低混凝土的出機(jī)口的溫度和減少運(yùn)輸途中倉面的溫度回升兩方面著手；②合理控制間歇期?；炷翆娱g間歇期從散熱、防裂及施工作業(yè)方面綜合分析后，提出合理間歇期。

4.采取有效的施工技術(shù)措施

（1）分塊澆搗、化整為零

在施工過程中，通過設(shè)置合理的變形縫、后澆帶、施工縫等將大體積混凝土分成多塊，分塊、分層澆搗從而減小混凝土的收縮變形。

（2）通水冷卻

通水冷卻是混凝土溫度控制的有效措施之一。通過冷卻水循環(huán)，降低混凝土內(nèi)部溫度，減小內(nèi)表溫差，控制混凝土內(nèi)外溫差。通過測溫點(diǎn)測量，掌握內(nèi)部各測點(diǎn)溫度變化，以便及時調(diào)整冷卻水的流量，做到及時控制溫差。當(dāng)內(nèi)外溫差過高，而流量的控制效果不明顯時，可將冷卻水管的出口處的熱水澆灌于混凝土的表層，提高表層混凝土的溫度，從而更好的控制內(nèi)外溫差。上海的經(jīng)貿(mào)大廈底板以及閔浦大橋承臺大體積混凝土便采用了冷卻水管，對降低混凝土內(nèi)部溫度控制內(nèi)外溫差起到一定的作用。

5.表面保溫

保溫的目的是減小混凝土表面與內(nèi)部溫差及表面混凝土的溫度梯度，防止表面裂縫的發(fā)生。保溫層兼有保濕的作用，如果用濕砂層、潮濕鋸末層，積水保濕效果尤為突出。保溫養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)保持混凝土表面濕潤，保濕可以提高混凝土的表面抗裂能力。在大體積混凝土施工中可因地制宜地采用保溫性能好的保溫養(yǎng)護(hù)材料。在施工工期要求內(nèi)，盡量采用自然散熱的方式。

6.有限元模擬分析

早期混凝土內(nèi)部溫度場分布隨齡期的變化，可以把混凝土認(rèn)為是均勻、正交各向同性材料，根據(jù)采用的混凝土各項(xiàng)準(zhǔn)確參數(shù)、邊界條件、環(huán)境溫度等對實(shí)際工程進(jìn)行有限元模擬分析，得出其內(nèi)部最高溫度、澆注后各個時間段的溫度場以及內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)律。根據(jù)結(jié)果考慮是否采用冷卻水管降溫，并對布置冷卻水管后進(jìn)行有限元模擬分析，用以指導(dǎo)實(shí)際的施工。

四、信息化施工

本工程澆注采用“分段定點(diǎn)、一個坡度、薄層澆搗、循序漸進(jìn)”的方法；混凝土終凝后立即養(yǎng)護(hù)，采用兩層薄膜兩層麻袋覆蓋進(jìn)行保濕、保溫養(yǎng)護(hù)，并根據(jù)溫差情況進(jìn)行及時調(diào)整。在混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)過程中進(jìn)行實(shí)時的溫度監(jiān)控，能直接觀察到其混凝土內(nèi)部溫度的變化，并及時采取溫控措施，對有效地控制溫度裂縫的產(chǎn)生有重要意義。

1.測溫點(diǎn)布置

測溫點(diǎn)的布置原則為能反映整個大體積混凝土的溫度場及溫度變化規(guī)律的區(qū)域，根據(jù)本工程底板承臺的形狀、對稱性及混凝土的澆搗順序等確定。本工程主要對具有代表性的6.0m承臺處（G、H軸，每個測溫軸豎向布置3個測溫點(diǎn)，分別為距頂面10cm、中間、距底面10cm）的測溫結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)。

2.溫度測試結(jié)果

混凝土在入模后的前1～2d溫度升高很快，平均每天升高17.5℃，達(dá)到最高溫度以后以平均每天1.8℃的速度下降，持續(xù)時間約10d左右，之后的降溫速度放緩。鑒于本工程是在冬季施工，大氣溫度較低，對混凝土表面保溫養(yǎng)護(hù)尤其重要，為降低混凝土內(nèi)外溫差，采用兩層薄膜兩層麻袋覆蓋進(jìn)行保濕、保溫養(yǎng)護(hù)。最大溫差控制在25℃以內(nèi)，有效地預(yù)防了有害裂縫的產(chǎn)生。

五、結(jié)論

本文分析了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的一些主要原因以及解決措施，并在實(shí)際工程中得以驗(yàn)證和應(yīng)用，取得了滿意的效果，為今后其他大體積混凝土的施工具有重要的參考價值和意義。endprint