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，影響到結構的整體性和耐久性。其次，在運轉(zhuǎn)過程中，溫度變化對結構的應力狀態(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，以及結構不合理，原材料不合格(如堿骨料反應)，模板變形，基礎不均勻沉降等?；炷劣不陂g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構內(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構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?。流動性的混凝土在澆筑、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?；炷恋谋砻嫣幚?。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、結束語 
    以上對混凝土的施工溫度與裂縫之間的關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。