王金福

(中國電建集團(tuán)山東電力建設(shè)第一工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

1 工程概況

某工程地下室建筑面積為3 000 m2，混凝土強(qiáng)度設(shè)計為C40，抗?jié)B等級設(shè)置為S8，地下室底板厚度設(shè)置為1 m，外墻厚度設(shè)置為0.8 m，凈高設(shè)置為4.5 m，使用泵輸送混凝土，采取分層澆筑施工的策略，層高設(shè)置為3.5 m。該工程于當(dāng)年8月份完成外墻混凝土澆筑施工，后期發(fā)現(xiàn)墻體有開裂的地方，裂縫的間距大約為1.5 m，內(nèi)墻一切正常。

2 分析開裂的原因

2.1 外界氣溫

外界氣溫對混凝土澆筑溫度的影響比較大，兩者為正相關(guān)關(guān)系，即外界氣溫越高，混凝土澆筑溫度也越高。該混凝土于當(dāng)年8月份完成澆筑施工，此時正是炎炎夏日，混凝土內(nèi)部溫度變化比較明顯，散熱能力比較低，使得溫度應(yīng)力比較大。當(dāng)外界氣溫降低時，混凝土的溫度梯度會隨之發(fā)生改變，特別是在氣溫變化非常明顯時，使得混凝土的內(nèi)外溫差非常大。同年9月份利用取芯法檢測混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)存在裂縫，隨著溫度降低，裂縫漸漸向縱深延長，進(jìn)而形成貫穿性裂縫，嚴(yán)重影響了整個結(jié)構(gòu)的防水性、耐久性和整體性。

2.2 水泥的品種

在水化反應(yīng)的過程中會有大量的熱量產(chǎn)生，使得大體積混凝土內(nèi)部溫度持續(xù)升高，所以，要想使大體積混凝土的裂縫得到高效的控制，就要合理選擇混凝土的品種，重點(diǎn)關(guān)注水泥的水化熱、坍落度和強(qiáng)度。普通硅酸鹽水泥是該工程的主要施工材料，其使用到大體積混凝土結(jié)構(gòu)中不太合適，主要是因?yàn)樵撍嗳熘畠?nèi)的水化熱能夠達(dá)到250 kJ/kg，比礦渣硅酸鹽水泥的水化熱高了1.5倍。特別是在澆筑施工的最初時期，低熱水泥使自身的發(fā)熱量降到最低，大大減少了混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差，所以使用礦渣硅酸鹽水泥能夠控制裂縫。使用早強(qiáng)型水泥以后，混凝土內(nèi)部熱量散失比較少，增加了降溫的速度，墻體內(nèi)外就會形成比較大的溫度差，使得澆筑施工初期容易產(chǎn)生通縫。使用泵輸送混凝土?xí)r為滿足混凝土的可泵性，需合理優(yōu)化混凝土級配，摻加一定量的外加劑，以此改善混凝土性能，延遲水泥的水化熱峰值。

3 優(yōu)化升級施工技術(shù)

3.1 混凝土材料

1)使用的材料標(biāo)準(zhǔn)一定要滿足國家的相關(guān)要求。

2)主要施工材料為中低水化熱水泥，具體選擇42.5級礦渣硅酸鹽水泥，將水化熱控制到最小的范圍之內(nèi)，高效管控混凝土的溫升值。

3)科學(xué)控制混凝土后期強(qiáng)度，降低水泥用量10 kg，其水化熱可以讓混凝土溫度下降1℃，因此需要嚴(yán)格控制水泥用量。

4)在澆筑混凝土?xí)r預(yù)留好孔道，為后續(xù)的通冷氣或者通冷水的降溫措施做好充分的準(zhǔn)備工作。

5)在拌和混凝土?xí)r，可摻加適量的膨脹水泥或膨脹劑，補(bǔ)償收縮混凝土，從而控制混凝土的溫度應(yīng)力。

6)加入適量減水劑和磨細(xì)粉煤灰，以此降低用水量和水泥用量。

7)在選擇粗細(xì)骨料的時候，注意：①使用連續(xù)級配碎石和中砂，使同等情況下的混凝土水泥用量和用水量降到最少；②控制好石子、砂的含泥量，使水灰比降到最低，該工程施工使用的石子含泥量一定要控制在1%以內(nèi)，做好振搗施工，顯著提升混凝土的抗拉強(qiáng)度和密實(shí)性。

8)合理管控可泵性混凝土的配合比，控制混凝土坍落度約14 cm，初凝時間應(yīng)在10 h以內(nèi)。

9)嚴(yán)控混凝土料出機(jī)溫度，混凝土料中溫度影響最大的因素是水和石子的溫度，其次是砂的影響。在混凝土攪拌施工時，對石堆場和砂場采取遮陽處理，使混凝土的出機(jī)溫度控制到最低，如果有施工需要可以向骨料中噴灑冷水降溫。

10)在控制混凝土的澆筑溫度時，從混凝土攪拌開始到運(yùn)送施工現(xiàn)場的整個過程中都要準(zhǔn)確掌控溫度。澆筑混凝土?xí)r，需要詳細(xì)記錄運(yùn)到現(xiàn)場的混凝土的坍落度、溫度，在現(xiàn)場等待澆筑的過程中，往運(yùn)輸罐噴灑適量冷水，保證混凝土的施工溫度在最佳范圍。

3.2 大體積混凝土施工

1)商品混凝土是施工混凝土的主要類型，攪拌車運(yùn)輸混凝土，泵送入模中，混凝土需要一次性完成澆筑施工，在入模時做好模內(nèi)通風(fēng)，使模內(nèi)熱量被及時地疏散掉。

2)商品混凝土具有較大的流動性，該工程施工采取四角度同時澆筑施工的策略，使用的主要澆筑方法為斜面澆筑施工法，使混凝土的暴露時間最少，顯著提升了混凝土的澆筑強(qiáng)度，并將混凝土的澆筑時間控制到最短。

3)混凝土分層澆筑，以后澆帶為界將其劃分兩個部分，兩部分一起施工，同時配備兩臺混凝土泵送機(jī)，采取階梯斜面分層式澆筑法，澆筑厚度保持在40 cm以內(nèi)。在混凝土澆筑施工的過程中，監(jiān)理人員和施工技術(shù)人員在施工現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)，每層澆筑施工的間隔時間比混凝土初凝時間長，上一層混凝土的強(qiáng)度滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以后，方可澆筑下一層混凝土。分層澆筑施工的具體情況見圖1。

(a)

4)泵送混凝土?xí)r，中間泵位要優(yōu)先供應(yīng)，以突弧形的方式向前完成澆筑施工，使混凝土泌水隨著混凝土澆筑流向兩側(cè)后流出，使用軟軸水泵將泌水清理干凈。

5)待混凝土初凝2 h后處理混凝土表面，具體利用長括尺以標(biāo)高為參考將其刮平，在混凝土初凝后抹壓打磨兩次，使用硬掃帚將混凝土表面刷平，使早期收縮裂縫高效閉合。

3.3 底板降排水

強(qiáng)風(fēng)化礫泥質(zhì)砂巖是該工程的主要地基土類型，地基土與底板直接接觸，會有承壓裂縫水涌出，因此要積極采取措施處理好地基土降排水。從該工程的實(shí)際情況出發(fā)，降排水時采取集水井結(jié)合盲溝的方式，使水面比墊層地面略低30 cm。柱墩、電梯井等位置是設(shè)置集水井的主要位置，與擋土墻的間距要保持在2 m左右。

3.4 大體積混凝土養(yǎng)護(hù)

在養(yǎng)護(hù)大體積混凝土?xí)r，重點(diǎn)做好混凝土的溫差控制工作，混凝土水化過程中將產(chǎn)生大量水化熱，其無法通過采取措施消除，因此會快速提升混凝土的內(nèi)部溫度，使混凝土內(nèi)外部出現(xiàn)較大的溫度差，進(jìn)而導(dǎo)致溫縮裂縫。該工程在降低混凝土內(nèi)部溫度時，采取的主要措施為將直徑為2 cm的鋼管作為循環(huán)水管埋設(shè)在底板內(nèi)部，其位置為底板中線偏下，順著水平方向布置，間距設(shè)置為80 cm，在鋪設(shè)施工時最好與鋼筋直接接觸，借助鋼筋優(yōu)良的導(dǎo)熱性快速降低溫度。實(shí)時監(jiān)控混凝土的內(nèi)部溫度，保證混凝土的內(nèi)外溫差保持在規(guī)定范圍之內(nèi)。溫度儀和溫度探頭是檢測溫度時使用的主要儀器，在混凝土的內(nèi)部埋設(shè)溫度探頭，使用數(shù)據(jù)線將溫度探頭獲取的數(shù)據(jù)導(dǎo)出來并傳輸?shù)綔囟葍x中，通過溫度儀完成各點(diǎn)溫度的有效分析。

3.5 保溫保濕

對于大體積混凝土來說，在混凝土硬化的過程中會有大量水化熱集中在其中心位置，從而使中心位置的溫度快速上升，與混凝土表面的溫差非常大，使混凝土易出現(xiàn)裂縫的情況，所以，要采取措施做好大體積混凝土的保濕保溫施工。在采取保溫措施時，將兩層草包覆蓋在塑料保溫膜的上面，混凝土表面四周砌一定高度的墻體，采取防水養(yǎng)護(hù)表面的方法，三周以后對最終的溫度進(jìn)行監(jiān)測，在所有的養(yǎng)護(hù)措施完成以后，如果沒有結(jié)構(gòu)性裂縫存在則說明該方法有效。

3.6 計算地下室頂板溫度

1)混凝土內(nèi)部最高絕熱溫升值的計算公式為：

Th=WQ/CP

(1)

式中，W為水泥用量；Q為水化熱；C為混凝土比熱；P為混凝土密度。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入以后，最終的結(jié)論為Th=71℃。

2)計算混凝土內(nèi)部最高溫度的公式為：

Tmax=Tj+Th·￡

(2)

在9月初期測算混凝土澆筑溫度，即入模溫度Tj=27℃，厚度為1.3 m頂板的散熱系數(shù)￡=0.43，最終的計算結(jié)果為Tmax=57.64℃。

3)混凝土表面與內(nèi)部溫差的計算公式為：

Tb(t)=Tq+4÷H2×h′(H-h′)ΔTt

(3)

式中，Tq為環(huán)境溫度；H為頂板厚度，m，即H=h+2h′，h為混凝土實(shí)際厚度，m；h′為混凝土虛厚度，m，即h′=k·λ/β，k為計算折減系數(shù)，取值為0.67，β空氣層傳熱系數(shù)，當(dāng)未采取保溫措施時，取值為23 W/(m2·K)；ΔTt為外界與混凝土內(nèi)部最高溫差。最終值Tb(t)=29.41℃，比規(guī)定值25℃略大一些，所以要采取措施予以處理，防止出現(xiàn)表面裂縫的情況。

3.7 防裂措施

1)使用低熱水泥施工，將水泥水化熱控制到最低。

2)合理設(shè)置配合比，有效發(fā)揮混凝土后期強(qiáng)度的優(yōu)勢。

3)采取分層分段澆筑施工的辦法，不斷擴(kuò)大散熱面，使散熱速度得到顯著的提升，科學(xué)管控收縮應(yīng)力和溫度。

4)在冷卻的過程中使用循環(huán)水施工，能夠?qū)⒘芽p的發(fā)生幾率控制到最低。

5)對于大體積混凝土施工技術(shù)來說，保溫保濕養(yǎng)護(hù)十分重要。

6)采取加冰拌和和預(yù)冷內(nèi)料等預(yù)冷技術(shù)，將澆筑溫度控制到最低。

4 結(jié)束語

在土木工程施工的過程中，使用大體積混凝土施工技術(shù)以后，使整個工程的施工質(zhì)量發(fā)生了根本性的改變。施工人員需要對施工標(biāo)準(zhǔn)、施工重難點(diǎn)以及施工程序做到了如指掌，以施工規(guī)范、施工組織規(guī)劃方案和施工圖紙為核心，高效管理施工人員、施工設(shè)備和施工材料，為整個工程的順利施工奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)，顯著提升其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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