王明［華潤置地(廈門)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司］

?

筏板大體積混凝土裂縫控制研究

王明
［華潤置地(廈門)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司］

【摘要】本文通過工程實(shí)例，針對(duì)筏板大體積混凝土裂縫問題，采取施工前控制預(yù)拌混凝土配合比、選用合適外加劑，施工過程合理布料，分成澆筑，施工完成后的養(yǎng)護(hù)及溫度監(jiān)測等一系列控制措施，有效地防止筏板承臺(tái)大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的情況。

【關(guān)鍵字】筏板承臺(tái)；大體積混凝土；裂縫控制；混凝土溫度監(jiān)測；冷卻水管降溫技術(shù)

近年來，隨著我國建筑行業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，異性復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式屢見不鮮，高層、超高層建筑層出不窮，大體積混凝土在地下室底板施工得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但是在建造過程中，因?yàn)槌霈F(xiàn)混凝土裂縫而影響工程的質(zhì)量，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)垮塌的嚴(yán)重后果也時(shí)有發(fā)生。如何有效防止和控制混凝土裂縫的出現(xiàn)以及發(fā)展，顯得非常重要。本文結(jié)合廈門華潤中心華潤大廈C座主樓底板承臺(tái)大體積混凝土施工實(shí)例，從施工前的準(zhǔn)備、施工過程的把控以及大體積混凝土澆筑完成后的養(yǎng)護(hù)和溫度監(jiān)控三個(gè)層面出發(fā)，就如何有效防止和控制筏板承臺(tái)大體積混凝土裂縫進(jìn)行闡述。

1　工程概況

廈門華潤中心大廈，位于廈門市思明區(qū)，為一類高層綜合樓，具有三層（局部四層）地下室。基礎(chǔ)為樁基筏板基礎(chǔ)，筏板厚度均為800mm；大體積混凝土施工區(qū)域?yàn)镃座承臺(tái)CT-2、CT-3a、CT-3b、CT-4以及CT-40，承臺(tái)的平均厚度均超過2.0m，其中CT-40為呈階梯型，深度分別為7.1m，5.8m，4.0m和2.0m?；炷翉?qiáng)度為C35抗?jié)B等級(jí)為P8級(jí)，混凝土最終使用量為3734m3。

2　大體積混凝土裂縫原因分析

⑴大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面尺寸較大，混凝土剛澆筑時(shí)，其彈性模量較小，徐變較大，升溫引起壓應(yīng)力不大。隨著時(shí)間的推移，混凝土逐漸凝結(jié)，此時(shí)混凝土彈性模量不斷增大，徐變減小，該過程中混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力不斷增大，當(dāng)其超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)便產(chǎn)生了裂縫。

⑵水泥水化熱產(chǎn)生大量熱量在澆筑完成后的1～3天放出的熱量接近于總熱量的一半，混凝土內(nèi)部最高溫度一般出現(xiàn)在澆筑完成后的3～5天。由于混凝土內(nèi)部溫度散熱較慢，其表面溫度在沒有保溫材料覆蓋的情況下，與空氣接觸導(dǎo)致表面溫度流失太快，因此形成內(nèi)外溫差。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差過大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形。當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外的約束時(shí)，引起裂縫發(fā)生。

綜合以上兩點(diǎn)的分析，不難發(fā)現(xiàn)大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的根本原因是溫度?；炷恋臏囟冉M成主要有三方面：①水泥水化熱引起的絕熱溫升；②澆筑過程中的溫度；③澆筑后的散熱溫度。將根本原因分成三個(gè)組成因素，逐個(gè)解決這些因素將最終實(shí)現(xiàn)減少筏板承臺(tái)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的目標(biāo)。

以上三個(gè)溫度因素可以從三個(gè)不同層面解決：澆筑前通過選擇合適的原材、優(yōu)化配合比、選用較好的外加劑等方法降低水泥水化熱引起的絕熱溫升；施工過程中運(yùn)用合理布料、分層澆筑、振搗密實(shí)并配合有序的混凝土調(diào)度解決混凝土的澆筑溫度；澆筑完成后通過及時(shí)覆蓋保溫材料和內(nèi)部冷卻水降溫法解決澆筑后的散熱問題，并做好溫度監(jiān)控工作。

3　施工前控制

3.1優(yōu)選混凝土原材料

⑴水：選擇飲用水作為混凝土制作原料。

⑵水泥：選蕪湖海螺水泥有限公司生產(chǎn)的海螺P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其配置的混凝土具有早期強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、水化熱低的特點(diǎn)。

⑶細(xì)集料：使用細(xì)度模數(shù)為2.7的中砂，含泥量小于1.0%。

⑷粗集料：使用5～25mm連續(xù)粒級(jí)碎石，含泥量小于1.0%。

3.2摻和料

本項(xiàng)目使用的摻和料為：Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95礦渣粉。摻和料的作用主要有以下兩點(diǎn)：

⑴粉煤灰具有火山灰活性，其能與水泥水化過程中產(chǎn)生的氫氧化鈣緩慢地進(jìn)行“二次反應(yīng)”，生成以硅酸鈣為主的水化產(chǎn)物，該水化產(chǎn)物能與水泥漿硬化晶體堅(jiān)固地結(jié)合起來，進(jìn)而提高后期強(qiáng)度，增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性和耐久性。此外，由于粉煤灰在混凝土中具有超火山灰活性的特殊物理功能、填充漿體空隙功能、與水泥整體的協(xié)調(diào)功能等，使混凝土生產(chǎn)過程中發(fā)生的物理化學(xué)作用達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，起到了使混凝土性能改善和質(zhì)量提高的作用。

⑵粉煤灰和礦渣粉加混凝土中，用作混合材料取代一部分水泥，不僅能降低工程造價(jià)，明顯提高混凝土的耐久性。

圖1　大體積砼澆筑現(xiàn)場布置圖

3.3外加劑

選用緩凝型聚羧酸系高性能減水劑作為外加劑。由于減水劑在保證混凝土稠度不變的條件下，能顯著地減少混凝土中拌和用水，同時(shí)能改善混凝土的和易性。根據(jù)混凝土強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系可以知道，水用量減少，水灰比減小，因此混凝土強(qiáng)度增大，即減水劑具有提高混凝土強(qiáng)度的作用。

3.4優(yōu)化配合比

混凝土配合最終影響的是水泥水化過程中產(chǎn)生的絕熱溫升，經(jīng)過混凝土攪拌站過多次實(shí)驗(yàn)確定的配合比為水泥：水：砂：石=1:0.58：2.54:3.48。

通過精選原材料和優(yōu)化配合比的方法，其目的都是為了從混凝土的制作源頭上降低其自身產(chǎn)生的熱量。

4　施工過程控制

4.1合理布料

本工程在筏板承臺(tái)大體積混凝土澆筑時(shí)使用兩臺(tái)天泵和地泵結(jié)布料機(jī)的方式對(duì)施工范圍實(shí)現(xiàn)全覆蓋作業(yè)。澆筑過程嚴(yán)格要求攪拌站配合現(xiàn)場澆筑情況做到合理調(diào)度，提前考慮高峰期情況，做好預(yù)先發(fā)料，實(shí)現(xiàn)大體積混凝土連續(xù)澆筑，盡量避免出現(xiàn)供料不及時(shí)導(dǎo)致施工冷縫出現(xiàn)。

4.2振搗密實(shí)

大體積混凝土澆筑過程的混凝土振搗是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，嚴(yán)格要求泥水工人按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，做到快插慢拔。在振搗過程中，振動(dòng)棒略上下抽動(dòng)，使混凝土振搗密實(shí)，插點(diǎn)要均勻，插點(diǎn)之間控制在50cm，離開模板距離為20cm。除了鋼筋稠密處，采用斜向振搗外，其他部位均采用垂直振搗。振搗過程中應(yīng)振動(dòng)棒上下來回抽動(dòng)50～100mm，使上、下震動(dòng)均勻。每點(diǎn)振搗時(shí)間一般20～30秒，使混凝土表面不顯著沉降，不出現(xiàn)氣泡，表面泛出灰漿為止。嚴(yán)防漏震和過振造成的混凝土不密實(shí)、離析現(xiàn)象。防止先將表面混凝土振實(shí)而與下面混凝土發(fā)生分層、離析現(xiàn)象。

振搗器插點(diǎn)要均勻排列，采用“交錯(cuò)式”的次序移動(dòng)，避免漏振。保證后澆筑的混凝土在已澆筑混凝土初凝之前搭接，防止出現(xiàn)冷縫。

圖2　交錯(cuò)式振動(dòng)棒插點(diǎn)布置圖

4.3分層澆注

大體積混凝土工程的施工宜采用整體分層連續(xù)澆筑施工，即一個(gè)坡度、分層澆筑、循序漸進(jìn)、一次到頂?shù)脑瓌t。分層連續(xù)澆筑的施工特點(diǎn)，一是混凝土一次需要量相對(duì)較少，便于振搗，易保證混凝土的澆筑質(zhì)量；二是可利用混凝土層面散熱，對(duì)降低大體積混凝土澆注體的溫升有利；三是可確保結(jié)構(gòu)的整體性。

圖3　分層斜向澆筑示意圖

5　澆筑完成后養(yǎng)護(hù)與測溫

5.1養(yǎng)護(hù)

本工程筏板承臺(tái)大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)原則是“表面保溫，內(nèi)部降溫”，即當(dāng)混凝土經(jīng)收面、磨光、拉毛之后立即覆蓋一層塑料薄膜和四層土工布，最后在面層再鋪一層塑料薄膜，防止保溫材料被打濕?；炷帘貙拥暮穸扔?jì)算嚴(yán)格按照《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2009附表C中的公式計(jì)算：

δ=0.5h·λx（T2-Tq）Kb/λ（Tmax-T2）

為了降低混凝土內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生，采取預(yù)埋冷卻水管，待混凝土澆筑完成后進(jìn)行通水，將混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的不易散發(fā)的熱量帶走。由于承臺(tái)厚度較大，故沿深度方向設(shè)置了三層冷卻水管系統(tǒng)，每一層冷卻水管設(shè)置兩個(gè)進(jìn)水口和兩個(gè)出水口，防止混凝土升溫較快導(dǎo)致降溫不及時(shí)情況。

圖4　第一層冷卻水管布置圖

圖5　第二層冷卻水管布置圖

圖6　第三層冷卻水管布置圖

表1　 9#測溫點(diǎn)2015-11-18

5.2溫度監(jiān)測

在筏板承臺(tái)混凝土澆筑前，根據(jù)隨機(jī)分布的原則，在承臺(tái)設(shè)置13個(gè)測溫點(diǎn)，每個(gè)測溫點(diǎn)沿其深度方向布置測溫線。將混凝土測溫線與鋼筋綁扎后伸入承臺(tái)內(nèi)，兩端與承臺(tái)鋼筋點(diǎn)焊牢固。測溫線的端頭是溫度傳感器，沿深度方向間距600mm布置，最上層（最下層）溫度傳感器距離混凝土面層（底層）50mm，測得的溫度表示混凝土表面（底面）溫度。

圖7　測溫線

圖8　測溫點(diǎn)布設(shè)圖

圖9　 9#測溫點(diǎn)不同時(shí)段測溫記錄折線圖

在混凝土澆筑結(jié)束后的三天內(nèi)，測溫頻率為2小時(shí)一次，三天后測溫頻率調(diào)整為4小時(shí)一次，每次測溫都要求做好溫度監(jiān)測記錄，并實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理。

由于測溫?cái)?shù)據(jù)較多，不一一例舉，僅以承臺(tái)最深處的9#測溫點(diǎn)在澆筑完成后的第一天的測溫情況記錄為例進(jìn)行說明：

在2015年11月18日當(dāng)天的中午十二點(diǎn)，冷卻水管開啟后，通過圖表可以發(fā)現(xiàn)混凝土中心開始下降，里表溫差顯著降低，且不超過25℃，滿足《大體積混凝土

施工規(guī)范》GB50496-2009中的要求。

6　結(jié)論

廈門華潤中心大廈筏板承臺(tái)大體積混凝土施工完成后，混凝土表面均無出現(xiàn)有害裂縫，僅在局部地方出現(xiàn)少量的表面不規(guī)則裂縫，達(dá)到了預(yù)期目的。

針對(duì)大體積混凝土裂縫的情況，只要措施到位，能夠很大程度上地減少裂縫的出現(xiàn)。首先從原材料入手，優(yōu)選合適原材料，優(yōu)化混凝土配合比，從源頭上降低混凝土的絕熱溫升，從根本上解決升溫階段裂縫的產(chǎn)生。同時(shí)精確計(jì)算摻和料和外加劑的使用量，既改善了混凝土的和易性，又增強(qiáng)了混凝土的強(qiáng)度。其次在澆筑過程中，做到合理布料，分層澆筑，振搗到位，促進(jìn)混凝土的散熱。最后，混凝土的養(yǎng)護(hù)措施極為重要，面層做好保溫措施，選擇合適的保溫材料，混凝土內(nèi)部通過冷卻水管進(jìn)行內(nèi)部降溫，減小混凝土塊體表里溫差，更有效地降低混凝土裂縫出現(xiàn)的概率。