大體積混凝土施工裂縫控制方法

摘  要：從大體積混凝土施工的特點出發(fā)，結(jié)合實例，分析溫度裂縫產(chǎn)生原因和防治措施。

關鍵詞：混凝土施工；裂縫控制；防治措施

中圖分類號：TU528.07;TU755.7         文獻標識碼：B

　　目前大體積混凝土越來越多，但是溫度裂縫問題還未完全解決。貴陽鑫海大廈轉(zhuǎn)換層采用2.0 m厚混凝土整板結(jié)構(gòu)，根據(jù)工程特點，運用裂縫控制理論，研究裂縫原因，提出了施工防治措施，效果較好。

1  工程概況

　　鑫海大廈位于貴陽延安中路，占地面積：1466 m²，總建筑面積：24111 m²，地下一層，地上二十七層，建筑總高：89.9 m，是集商業(yè)、辦公、住宅為一體的綜合性建筑。工程結(jié)構(gòu)設計選用了轉(zhuǎn)換層形式。

2  轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計特征

　　轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式：即第四層頂板為一塊實心混凝土整板，將上部二十四層結(jié)構(gòu)荷載過渡轉(zhuǎn)換到板下框架體系。轉(zhuǎn)換層標高17.1-19.1 m,板厚2.0 m,柱頂局部板厚2.4 m，轉(zhuǎn)換層面積740 m²,板內(nèi)上下各兩層設縱橫雙向Ф32、＠200×200鋼筋網(wǎng)片；中間又有兩層Ф22、＠200×200鋼筋網(wǎng)片；網(wǎng)片間＠600×600設Ф22立筋，混凝土總量1640 m³,混凝土采用C50的商品混凝土。板下框架柱網(wǎng)尺寸：8.7 m×8.9 m-8.4 m×12 m不等。

3  大體積混凝土施工

　　轉(zhuǎn)換板按施工組織設計分兩層澆筑，2 m厚C50混凝土轉(zhuǎn)換板分二次澆筑，第一層先澆0.8 m厚，等它達到90%設計強度后，再澆第二層1.2 m厚混凝土。該結(jié)構(gòu)符合有關規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在0.8 m厚以上、水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差預計超過25 ℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。

　　該工程轉(zhuǎn)換層混凝土的施工在九月中旬，日平均溫度在21 ℃左右，混凝土最高溫度的峰值一般出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第三天，對混凝土澆筑后的內(nèi)部最高溫度與氣溫溫差要控制在25 ℃內(nèi)，以免因溫差和混凝土的收縮產(chǎn)生裂縫。我們對混凝土質(zhì)量控制指標提出如下要求：（1）采用水化熱低的礦渣水泥；（2）摻入適量的1級粉煤灰；（3）混凝土在滿足泵送要求的坍落度的前提下，最大限度控制水灰比；（4）摻AEA微膨脹劑。由于使用的是商品混凝土，廠家采用散裝硅酸鹽水泥，而且貴州沒有1級粉煤灰，因此，只能滿足以上（3）、（4）條要求。這樣對解決混凝土早期溫度應力和后期收縮應力問題并控制混凝土裂縫的產(chǎn)生提出了更高的技術要求。對此采取了以下混凝土裂縫控制措施。

1.混凝土溫度的計算

　　水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部實際最高溫度與混凝土的絕熱溫升有關。

　　①混凝土的絕熱溫升：T=W×Q₀×（1-e^-mt）/（C×r）

　　式中：T—混凝土的絕熱溫升（℃）

　　　　　W—每m³混凝土的水泥用量（kg/m³），取530 kg/m³

　　　　　Q₀—每公斤水泥28天的累計水化熱，查《大體積混凝土施工》P₁₄表2-1，Q₀=460240 J/kg

　　　　　C—混凝土比熱993.7 J/(kg·K⁰)

　　　　　R—混凝土容重2400 kg/m³

　　　　　t—混凝土齡期（天）

　　　　　m—常數(shù)，與水泥品種、澆筑時溫度有關

　　混凝土最高絕熱溫升：T_max=530×460240/(993.7×2400)=102.28（℃）

　?、诨炷林行臏囟龋篢_h=T_j+T_max×ζ

　　式中：T_h—混凝土中心溫度          

　　　　　T_j—混凝土澆筑溫度（℃）

　　　　　ζ—不同澆筑混凝土塊厚度的溫度系數(shù)，對1 m厚混凝土3天時ζ=0.36

　　③混凝土澆筑溫度:T_j=T_C+(T_P+T_C)×(A₁+A₂+A₃+......+A_n)

　　式中：T_C—混凝土拌合溫度（它與各種材料比熱及初溫度有關），按多次測量資料，有日照時混凝土拌合溫度比當時溫度高5-7 ℃，無日照時混凝土拌合溫度比當時溫度高2-3 ℃，我們按3 ℃計。

　　T_P—混凝土澆筑時的室外溫度（九月中旬，室外平均溫度以21 ℃計）

　　A₁+A₂+A₃+......+A_n—溫度損失系數(shù)，查《大體積混凝土施工》P33表3-4得：

　　A₁—混凝土裝卸，每次A=0.032(裝車、出料二次數(shù))

　　A₂—混凝土運輸時，A=Q×t

　　式中：Q為6 m³滾動式攪拌車其溫升0.0042，混凝土泵送不計。

　　　　　t為運輸時間（以分鐘計算），從商品混凝土公司到工地約30分鐘。

　　　　　A₃—澆筑過程中A=0.003×60=0.18

T_j=T_C+(T_P+T_C)×(A₁+A₂+A₃+......+A_n)=24+(21+24)×(0.064-0.126+0.18)

=24+(45)×0.116=29.31 ℃

　　則混凝土內(nèi)部中心溫度:T_h=T_j+T_max×ζ=29.31+102.28×0.36 =66.13（℃）

　　從混凝土溫度計算得知,在混凝土澆筑后第三天混凝土內(nèi)部實際溫升為66 ℃,比當時室外溫度(21 ℃)高出45 ℃,必須采用相應的措施,防止大體積鋼筋混凝土板因溫差過大產(chǎn)生裂縫。

2.溫度應力計算

　　計算溫度應力的假定：

　　①混凝土等級為C₅₀，水泥用量較大530 kg/m³；

　?、诨炷僚浣盥瘦^高，對控制裂縫有利；

　?、鄣啄炷恋募s束可不考慮；

　?、軒缀纬叽绮凰闾?，水化熱溫升快，散熱也快。

　　因此，降溫與收縮的共同作用是引起混凝土開裂的主要因素。先驗算由溫差和混凝土收縮所產(chǎn)生的溫度應力σ_max是否超過當時厚板的極限抗拉強度R_c.采用公式；

σ_max=EaT[1-1/(coshβL/2)])s

　　式中：

　　E—混凝土各齡期時對應的彈性模量E_t=E_c（1-e^-0.9t）

　　式中:e=2.718自然對數(shù)的底;

　　　　t-混凝土齡期（天數(shù)）

　　　　E_c—混凝土28天時C₅₀的彈性模量E_t=3.5×10⁵ MPa（《大體積混凝土施工》P26表2-13查得）

　　　　a—混凝土的線膨脹系數(shù)1.0×10^-5

　　　　L—結(jié)構(gòu)長度，本工程厚板長度L=44 m（取長度）。

　　　　T—結(jié)構(gòu)計算溫度：前面已述該厚板最大絕熱溫升T_max=102.26 ℃

　　實際溫升最高在混凝土澆筑后第三天T₃=T_max×ζ=102.26 ℃×0.36=36.82 ℃

　　coshβ—是雙曲余弦函數(shù)

　　　H—結(jié)構(gòu)厚度，本工程厚板厚度 H=0.8,H/L=0.8/44=0.018≤0.2,符合計算假設。

　　　C_x—混凝土板與支承面間滑動阻力系數(shù)，對竹膠模板，比較砂質(zhì)土的阻力系數(shù)考慮，取C_x=30 N/mm².

　　　S—混凝土應力松弛系數(shù)，由“高層建筑基礎工程施工”7-2表查得各齡期的S值。

　　參照“大體積混凝土施工”，根據(jù)以上公式、代入本工程相應數(shù)據(jù)，算得σ_max=1.18 MPa≤1.89 MPa(該混凝土30天齡期時的抗拉強度,由“混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范”表4.1.4查得),由此可知,不會因降溫時混凝土收縮而引起收縮裂縫。

3.配制混凝土時，采取雙摻技術

　?、贀礁咝p水劑，使混凝土緩凝，要求混凝土初凝時間大于9小時，以推遲水泥水化熱峰值的出現(xiàn)，使混凝土表面溫度梯度減少。

　?、诩覣EA微膨脹劑（摻量為水泥用量的10%），以補償混凝土的收縮。

　?、郾ＷC混凝土澆筑速度，不產(chǎn)生人為冷縮。

　?、茉O加強帶，在加強帶處微膨脹劑摻量增加為14%.

4.保溫、保濕及補償措施

　　根據(jù)氣象預報，擬澆筑三天后的平均氣溫為21 ℃.為防止因混凝土內(nèi)外溫差超過25 ℃而開裂，經(jīng)研究、比較，在不可能降低水泥用量、摻粉煤灰及選用礦渣水泥的條件下，我們采取下列保溫、保濕等保養(yǎng)措施。

　?、俚啄＃撼蚰０逯谓Y(jié)構(gòu)需要，滿鋪100×50×2000 mm³木枋外，在木模板上滿鋪一層塑料薄膜，再鋪一層竹膠板。在澆筑前三天，澆水濕透。

　?、谠谌龑优c轉(zhuǎn)換板之間，凡無剪力墻部位，四周用塑料編織布作圍護，使板下形成一溫棚，以減少空氣流動，達到保溫作用。

　?、墼跐仓炷帘砻?2小時后，加塑料薄膜一層、麻袋二層覆蓋。

　?、茉O溫度測試點，在有代表性的位置設測溫點，隨時了解混凝土澆筑后（特別是第二天）開始升、降溫情況，隨時準備增、減覆蓋物。

　?、菁訌妼炷恋谋ｐB(yǎng)，不斷觀察混凝土保濕狀況，定時澆水保濕。

　　在澆筑第二層1.2 m厚混凝土時,已為12月中旬，氣溫在5 ℃左右,澆筑3天后混凝土內(nèi)部溫度可達56 ℃,更要加強保溫保濕措施。

　　考慮到第一層混凝土板對上面第二層溫度變形的約束，除認真控制混凝土內(nèi)外溫差外，該板結(jié)構(gòu)設計在1.2 m厚板下400 mm處設一層Ф22＠200×200的鋼筋網(wǎng)片，以防上層混凝土變形時把下層混凝土拉裂。

5.溫度測試

　　本工程采用北京建筑技術發(fā)展中心生產(chǎn)的建筑電子測溫儀測溫。兩次澆筑分別設了10個和7個測溫斷面，每個測溫斷面分別在上、中、下及覆蓋層下埋設測溫傳感器，在澆筑混凝土后的5天內(nèi)，每2小時測讀一次溫度，同時監(jiān)測氣溫。實測結(jié)果與理論計算對比如下(中間斷面點)：

　　從比較表中看出，理論計算與實測數(shù)據(jù)十分接近，可以作為以后制定保溫保濕措施的依據(jù)。

4  結(jié)束語

　　大體積混凝土板施工的關鍵是防止混凝土開裂。

　　在不可能摻粉煤灰和不允許減少水泥用量的條件下，由于運用裂縫溫度控制理論，找到影響裂縫的主要原因，采取有效措施，本工程轉(zhuǎn)換板C50大體積混凝土施工，經(jīng)質(zhì)監(jiān)部門驗收，未出現(xiàn)裂縫，施工質(zhì)量優(yōu)良。工程已竣工多年，經(jīng)過多年實踐證明，轉(zhuǎn)換板沒有發(fā)生裂縫，保證了工程質(zhì)量。

參考文獻：

［1］ 葉琳昌，沈義.大體積混凝土施工［M］.北京：中國建筑出版社，1987.

［2］ 趙志縉.高層建筑基礎工程施工［M］.北京：中國建筑出版社，1986.

［3］ 徐仁祥.建筑施工手冊第四冊，第三版［M］.北京：中國建筑出版社，1997.

Crack Control Technique of Mass Concrete Construction

LI Chun－mei

(No.1 Construction Company,Guizhou Construction Group,Guiyang 550003,China)

Abstract:This paper analyzes the causes and preventive measures of temperature crack,starting from the features of mass concrete construction and taking practical projects as examples.

Key words:mass concrete construction;crack control;preventive measure