大體積混凝土施工中溫度裂縫的分析和預防控制

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一、工程概況： 
    上海綠洲中環(huán)中心為一多功能的大型綜合建筑物。該工程由1、2號辦公樓(31層)；4、5號商務樓(5層)、8、9號商業(yè)步行街(3層)、7號綜合樓(12層)共7幢單體及公建地下2層車庫組成，占地面積7.77萬平方米，總建筑面積約18.36萬平方米。 
    該項目公建地下車庫大地板面積約為3.14萬平方米，按照溫度和沉降后澆帶劃分為14個澆筑區(qū)段，底板厚度1、2號樓為2.4米，7號樓為1.4米，車庫Ⅱ區(qū)為0.8米，其他均為1.0米。由此可見，本工程底板混凝土屬大體積混凝土。 
    在大體積混凝土中，溫度應力及溫度控制具有重要意義。這主要是由于兩方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。其次，在運轉(zhuǎn)過程中，溫度變化對結(jié)構(gòu)的應力狀態(tài)具有顯著的影響是不容忽視的。因此在本工程施工前對這一問題相當重視，在組織方案設計和日后的施工中都采取了很多措施；下面就裂縫產(chǎn)生的原因和相應的預防控制措施進行闡述。 
    二、裂縫的原因 
    混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格(如堿骨料反應)，模板變形，基礎(chǔ)不均勻沉降等。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現(xiàn)裂縫。 
    許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束，也往往導致裂縫?；炷潦且环N脆性材料，由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素砼內(nèi)或鋼筋砼的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現(xiàn)拉應力或者只出現(xiàn)很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化對于進行合理的結(jié)構(gòu)設計和施工極為重要。  
    三、控制大體積混凝土溫度裂縫措施 
    1、合理選擇水泥品種：為了降低水化熱，宜選用中熱或低熱水泥。一般選用低熱礦渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥。 
    2、合理選用粗細骨料： 
    石子規(guī)格宜優(yōu)選用自然連續(xù)極配的粗骨料配制混凝土。 
    細骨料以中粗砂為宜。依據(jù)有關(guān)試驗資料表明，采用中、粗砂比采用細砂，每立方米混凝土可減少水量20-28kg，水泥用量相應減少28-35kg。這樣就降低了混凝土的溫升和收縮性，提高了混凝土的強度等級。 
    合理選用外加劑(料)。在混凝土施工中加入適量的外加劑，不僅可以改善混凝土的和易性，減少水泥用量，減少混凝土的溫升，還可以降低水化熱釋放的速度，延緩水化熱的時間。如在泵送混凝土中摻入水泥重量的0.25%的木質(zhì)素磺酸鈣減水劑，不僅能使混凝土的和易性有明顯的改善，同時減少了10%左右的水用量，節(jié)約10%左右的水泥，從而降低了水化熱。 
    3、大體積混凝土施工技術(shù)措施 
    大體積混凝土工程施工前，對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的最高溫度、溫度收縮應力進行驗算，以確定各施工階段混凝土的澆筑溫度、內(nèi)表溫差、降溫速度及溫度陡降等控制指標，制定相應的技術(shù)措施，包括混凝土原材料的選擇，混凝土攪拌運輸過程中的降溫措施，保溫養(yǎng)護措施、溫度監(jiān)控方法等。合理控制混凝土出機溫度和澆筑溫度。合理選擇混凝土澆筑方案。大體積混凝土的澆筑方法一般采用分層連續(xù)澆筑或分段分層踏步式推進的澆筑方法。施工時，應根據(jù)混凝土的初凝時間、混凝土供應能力等來確定。一般情況下，應盡量采用分層連續(xù)澆筑，其優(yōu)點是便于振搗，易保證混凝土的澆筑質(zhì)量，可利用混凝土層面散熱，對降低大體積混凝土澆筑塊的溫升有利。本工程中采用斜向分層振搗法?；炷恋谋砻婷谒幚怼Ａ鲃有缘幕炷猎跐仓?、振搗過程中，上涌的泌水和浮漿會順混凝土自然坡面流到坑底。在混凝土墊層施工時，應預先沿橫向做成一定的坡度，使施工中的大量泌水能順墊層坡度排出坑外。當混凝土的坡腳接近底板面標高時，應改變混凝土澆筑方向，由端部往回澆筑，與原斜面形成一積水坑，用塑料軟管及時排除泌水。混凝土的表面處理。大體積泵送混凝土由于強度等級高，表面水泥漿較厚，在混凝土澆筑結(jié)束后至初凝前，應派專人負責按初步標高用長刮尺拽平，用木蟹打磨壓實，再用鐵抹刀抹光閉合收水裂縫，保證混凝土內(nèi)實外光。 
    4、加強混凝土的養(yǎng)護和溫度監(jiān)測 
    混凝土養(yǎng)護是保證混凝土質(zhì)量一道十分重要工序，必須認真切實做好。本工程采用自然養(yǎng)護，即在混凝土表面蓋薄膜或草、麻袋，保證混凝土表面充分潮濕。大體積混凝土養(yǎng)護過程中，應對混凝土澆筑塊體的內(nèi)表溫度、頂面及底面溫度，室外氣溫進行監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對養(yǎng)護措施做出相應的調(diào)整，確保溫控指標的要求。施工中，常用混凝土溫度測定儀實行24h監(jiān)控，監(jiān)控期一般為15d，測溫時應做好記錄。 
    此外如工期需要在高溫下澆筑，可要求商品混凝土攪拌站采取加冰措施，可有效降低混凝土的拌和溫度，根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗加冰率一般控制在25%-75%之間。在澆筑過程中安排技術(shù)好、責任心強的鋼筋工、木工跟班，對現(xiàn)場隨時可能出現(xiàn)的情況(如鋼筋發(fā)生移位、保護層不到位等)進行妥善的處理。最后適當延長底板的養(yǎng)護和拆模時間，可延緩降濕和降溫的時間和速度，減少混凝土內(nèi)外溫差，充分發(fā)揮混凝土的“應力松弛效應”。 
    四、結(jié)束語 
    以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關(guān)系進行了理論和實踐上的初步探討，本工程中大體積混凝土的裂縫的控制非常成功。在工程中多分析，多采取些預防措施，混凝土的裂縫是完全可以避免的，或者說控制在安全的范圍內(nèi)是完全可以做到的。