侯旭東

(廣州市恒盛建設(shè)集團有限公司，廣東 廣州 510540)

隨著我國科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑物體的數(shù)量和規(guī)模在逐步增加，相應(yīng)的其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的尺寸也在不斷加大，因此，如何做好高層建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工技術(shù)已成為社會廣泛關(guān)注的熱點。例如很多時候我們在剛完成混凝土的澆筑后，就會出現(xiàn)一些裂縫，這些裂縫是在未受到任何外界荷載作用而產(chǎn)生的，因此，深入分析混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及變形變化是非常有必要的。

混凝土施工過程中會遇到水化熱高，而產(chǎn)生一些裂縫。這是目前混凝土結(jié)構(gòu)大面積施工過程中常見的一個現(xiàn)象，也是一直以來難以解決的問題。大體積混凝土在施工中，容易因水化反應(yīng)而使其內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱，造成其內(nèi)部不斷升溫，加之混凝土厚度大，這些溫度不易釋放出來，進而使得其內(nèi)部溫度與外界溫度不一致，從而導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生一些裂縫。本文結(jié)合實際，研究如何在確?；炷恋膹姸认拢岢龈玫目刂破鋬?nèi)外部溫差的措施，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。

1 大體積混凝土的施工技術(shù)

1.1 大體積混凝土的定義和特點

大體積混凝土沒有統(tǒng)一的定義，由于各個國家的參考標準不同，導(dǎo)致對其定義也存在一定的差別。根據(jù)我國國標GB 50496—2009規(guī)定，認為混凝土的整體結(jié)構(gòu)不小于1m的尺寸或者因其內(nèi)部膠凝材料在水化時產(chǎn)生的溫度變化和收縮導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的混凝土。

混凝土是由多種材料混合而成的，受內(nèi)外部因素影響時各材料之間表現(xiàn)出的變形變化不同。大體積混凝土具有水化熱大、施工復(fù)雜、用料多等特點，常用在大型建筑物的基礎(chǔ)、高程建筑的基礎(chǔ)等工程，具有耐火性好、抗壓強度大，但其抗拉強度低，其主要特征表現(xiàn)為由于水泥水化過程中產(chǎn)生大量的溫度，導(dǎo)致內(nèi)外部溫度不一致，而產(chǎn)生溫度的應(yīng)力，就會在其表面產(chǎn)生一定的裂縫。

隨著大型建筑的不斷興起，也給大體積混凝土的施工帶來了一定的挑戰(zhàn)，眾所周知，裂縫的問題一直是當今社會和關(guān)注研究的熱點和難點，裂縫的出現(xiàn)降低了混凝土自身的強度、承載力及使用時間。主要表現(xiàn)為。

1)由于混凝土在施工時其內(nèi)部受水化的影響，集聚大量不易散發(fā)的熱量，導(dǎo)致其內(nèi)外部溫度不一樣，會產(chǎn)生一定的溫度應(yīng)力，進而產(chǎn)生一些裂縫。

2)高層建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土內(nèi)部較為復(fù)雜，其鋼筋的配置直徑大、數(shù)量多，混凝土的變形模量與其相比較小，在混凝土發(fā)生收縮變化時，在鋼筋的表面會出現(xiàn)輻射性的裂縫。

3)由于組成混凝土結(jié)構(gòu)的成分有多種，每個成分的特性又不同，所以在同樣的環(huán)境下，其發(fā)生的變化也不同，有的發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象比較明顯，有的不明顯，相互之間還會產(chǎn)生一定的約束力，進而導(dǎo)致微裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。根據(jù)研究表明，這種微觀裂縫可分為：粘著裂縫、水泥石裂縫和骨料裂縫。這些裂縫是用肉眼很難觀察不到的。

1.2 大體積混凝土的配合比

混凝土配合比的設(shè)計不僅要根據(jù)工程的需要優(yōu)化材料配合比的各項參數(shù)，還要確保混凝土自身的強度和盡可能的減少混凝土的水化熱。我們可以通過試驗，得到適中的水化熱，進而得到更有效的配合比。實際施工過程中，尤其是混凝土澆筑的開始階段，由于水化作用使得混凝土產(chǎn)生大量的熱，其表面散熱快，而內(nèi)部的溫度不容易散發(fā)，由于內(nèi)外部的溫差，生成的溫度力而使得表面出現(xiàn)裂縫，因此我們必須采取有效的配合比，控制大體積混凝土內(nèi)外部的溫差，降低裂縫的產(chǎn)生。

1.3 大體積混凝土施工方法

大體積混凝土施工方法主要是分層澆筑法、添加外加劑法及降溫措施法。根據(jù)施工建筑物基礎(chǔ)的特點，分層澆筑法又可分為：斜面分層法、分段分層法和全面分層法三類，如圖1所示。尤其是分層澆筑時，上下層的澆筑銜接一定要在下層混凝土未初凝前就要進行上層混凝土的施工。一般分層澆筑法應(yīng)用較為廣泛。

注：1.模板；2.新澆混凝土。

2 大體積混凝土裂縫機理和控制措施

當混凝土內(nèi)外部產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過自身的抗拉強度極限時，就會產(chǎn)生裂縫。尤其是混凝土體積越大時，產(chǎn)生的力就越大，本文分析大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生機理，并提出一些控制措施，為今后工程提供一些借鑒。

2.1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生機理

混凝土裂縫的產(chǎn)生受自身的組成材料、周圍環(huán)境等因素的影響，總體來說一是自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形變化，一是來自于外部荷載的作用。一般是自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形變化占主要的因素，本文重點討論混凝土結(jié)構(gòu)變化的影響。

1)水泥水化熱的影響，經(jīng)理論研究和工程實踐證明水泥在水化過程中會釋放大量的熱，這些熱量積聚在混凝土內(nèi)部很難散發(fā)出來，從而使其內(nèi)外部產(chǎn)生溫度差，這是裂縫產(chǎn)生的主要原因。水泥水化熱值如表1所示，當水化熱值達到200～400KJ/kg，其內(nèi)部的溫度升高30～40℃。

表1 水泥水化熱熱量值

2)周圍氣溫的影響，周圍溫度的變化使得混凝土在施工過程中受到很大的影響，當周圍氣溫降低時，混凝土表面溫度也降低，內(nèi)外部溫差過大，形成大的溫度應(yīng)力，使得其表面開裂；當周圍溫度較高時，混凝土的溫度也隨之升高，此時內(nèi)部溫度主要受到澆筑溫度及水化熱影響，兩者疊加使得混凝土的變形越來越大。

尤其是在冬季施工時，當外界溫度在0℃以下時，混凝土內(nèi)部的水會結(jié)成冰，其體積大約增加9%，產(chǎn)生一定的凍脹力，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。同時，也影響混凝土和鋼筋間的粘結(jié)力，降低混凝土的強度。

3)混凝土的收縮變形，硬化收縮：混凝土在施工時內(nèi)部產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)和物理變化，其形成的水化物一般較水泥自身的體積較小，這個過程會產(chǎn)生微弱的收縮變化。

塑性收縮：混凝土施工時，其內(nèi)部的水分會蒸發(fā)，少數(shù)水分會保留下來，這個過程會產(chǎn)生一些微裂紋；同時，其內(nèi)部也會發(fā)生水泥水化的作用，產(chǎn)生大量熱，引起水分的蒸發(fā)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮現(xiàn)象，各個組成材料間會發(fā)生沉縮變形，導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫。

干縮：當外界空氣的濕度不足100%時，混凝土表面的水分也會蒸發(fā)，進而產(chǎn)生干縮現(xiàn)象。干縮現(xiàn)象并不能將混凝土內(nèi)部的水分完全蒸發(fā)出去，剩下的水分將分布在混凝土的內(nèi)部空隙和氣孔中，在外界空氣壓力的作用下，產(chǎn)生內(nèi)外部壓力，形成收縮力，在這種力的作用下使得混凝土發(fā)生干裂。

2.2 大體積混凝土控制措施

以上分析我們了解了混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因，因此我們可以從兩方面入手：控制好溫度，這樣能夠降低由于混凝土內(nèi)外溫度不一樣而產(chǎn)生溫度應(yīng)力；通過改善自身的性能，進而提高自身的抗裂能力。具體如下。

2.2.1 大體積混凝土施工技術(shù)中常用的降溫措施主要包括。

1)選用含粉煤灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等低水化熱的水泥，一般含有多種材料類型的水泥水化現(xiàn)象就越弱，因此大體積混凝土施工過程中不宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等水化程度較大的水泥。

2)進一步調(diào)整混凝土的股粒粒徑和級配，細骨料采用中砂，而粗骨料采用連續(xù)級配。

3)混凝土澆筑后及時進行保溫、保濕。一般要求在大體積混凝土模板拆除后就要馬上用泡沫板進行至少28d的保溫。保溫的目的是增加混凝土表面溫度對周圍空氣溫度的變化有一定的抵抗能力，起到緩沖作用，而保溫的過程中也能保濕，有研究表明，潮濕的環(huán)境下，混凝土表面的抗裂能力比干燥養(yǎng)護時更強。

4)降低水泥的用量，雖然混凝土產(chǎn)生的化學(xué)變化也會對其自身有影響，但與水泥水化產(chǎn)生的熱量的影響來說，相對較小，因此我們要在施工過程中盡可能的減少水泥的用量；添加粉煤灰和減水劑，一是降低水泥的用量，另一方面降低單位用水量。

5)冬季施工時，更容易造成內(nèi)外部的溫差。首先我們要從材料的選型、施工管理和技術(shù)施工方案等方面做好充分的準備工作，并控制好混凝土的塌落度和攪拌時間，降低拌合水量；其次盡可能的降低混凝土的運輸時間，并加快混凝土的澆注速度；最后做好混凝土施工后的保溫保濕措施。

2.2.2 設(shè)置合理的分層分塊澆筑

大體積混凝土的施工一般都會分為很多小塊，然后再將每一小塊分成許多澆筑層。其作用主要：1)分層澆筑有助于減少裂縫的產(chǎn)生；2)分塊分層施工增加了散熱面積，可以有效降低溫度應(yīng)力所帶來的影響。

3 大體積混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計

在大體積混凝土施工過程中，裂縫一直是我們關(guān)注的難點和重點問題，這不僅降低了混凝土整體的承載能力，也使得一些有害物質(zhì)更容易通過裂縫進入到混凝土內(nèi)部，會引起腐蝕鋼筋或降低自身的抗水性等危害。因此對于降低混凝土水化引起的溫度是我們在優(yōu)化方案設(shè)計過程中應(yīng)該注意的地方。本文結(jié)合實際，從材料的構(gòu)成及參數(shù)入手，綜合考慮水化熱、混凝土的早期強度及收縮變形三方面影響，進行其各方面的優(yōu)化。

3.1 大體積混凝土配合比設(shè)計

混凝土中骨料和水泥石的界面的強度是整體最薄弱的地方，也是混凝土最易發(fā)生破壞的位置，主要與施工過程中所采用的水泥強度和水灰比有一定的關(guān)系。一般我們認為，隨著水膠比的降低和水泥強度的增加其強度也相應(yīng)的增加。通過試驗的方法我們確定好混凝土的配置強度和水膠比。通常我們采用全計算法進行配合比理論的設(shè)計，其模型如圖2所示。

圖2 混凝土體積模型

3.2 混凝土強度優(yōu)化設(shè)計

混凝土養(yǎng)護的濕度和溫度、施工過程中采用的水泥等級、骨料、水灰比等因素會影響混凝土的強度。粉煤灰顆粒在混凝土施工中是非常常見的材料，這種材料可以有效增加水泥的強度。雖然前期混凝土的強度有所降低，但隨著混凝土內(nèi)部硬化的反應(yīng)不斷加強，粉灰煤也會發(fā)生水化現(xiàn)象，其自身的活性效應(yīng)得到了釋放，有助于混凝土后期強度的增加。

3.3 混凝土水化熱優(yōu)化

如果在混凝土施工過程中，膠凝水泥的用量越多，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的熱量也就越多，就容易產(chǎn)生裂縫，所以在實際工程中，我們會加入粉煤灰或者礦渣代替水泥，進一步降低水泥水化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量；同時加入一些硅酸鈣凝膠起到增強混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)粘結(jié)力的作用。

4 結(jié)語

1)高層建筑基礎(chǔ)底板大面積混凝土施工時，其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)出去，使之內(nèi)外部產(chǎn)生應(yīng)力差，因此我們在施工過程中要根據(jù)實際情況，從材料的選型、施工的管理及施工技術(shù)方案等各方面做好相應(yīng)的工作。這樣才能確保工程的質(zhì)量。

2)尤其是在冬季更應(yīng)該做好防護工作，一般大體積混凝土的厚度大，內(nèi)部產(chǎn)生的熱量更不容易散出，導(dǎo)致內(nèi)部溫度逐漸升高，造成內(nèi)外部產(chǎn)生很大的溫度差。因此我們要選擇合理的施工工藝、實時監(jiān)測混凝土內(nèi)部的溫度及采取有效的裂縫防治措施。

本文從實際出發(fā)，探討了大體積混凝土的施工技術(shù)、大體積混凝土裂縫機理和控制措施、大體積混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計等幾個方面的問題，今后我們在工作中仍需要不斷進行大體積混凝土配合比的優(yōu)化，進一步改善混凝土的養(yǎng)護措施，降低裂縫的產(chǎn)生。