大體積混凝土的裂縫控制

摘 要: 在新型干法水泥工業(yè)建筑中，高層的預熱器塔架的閥板型深基礎、筒倉結構基礎和大型設備基礎，設計方案多采用大體積混凝土，大體積混凝土施工在水泥工業(yè)建筑中日益普及，因此大體積混凝土裂縫控制技術的掌握和應用越來越引起人們的關注。應該看到大體積混凝土的施工工藝過程和普通混凝土沒有區(qū)別，可其工藝過程中的各種條件、各種因素、各種操作程序是影響大體積混凝土施工質量的關鍵，也是大體積混凝土施工全過程管理（事前預測、事中控制和事后反饋信息措施實施）的重點。

關鍵詞:基礎 大體積混凝土 現(xiàn)場施工

中圖分類號:T U 9 7 9 文獻標識碼: A 文章編號:1673-0534(2007)01(a)-0205-02

1 工程概況

　　我公司承接組織施工的阿爾巴尼亞Fushe-Kruje 新水泥生產(chǎn)線工程,其中大體積混凝土基礎包括: 窯尾預熱器塔架鋼結構基礎、生料庫基礎、水泥庫基礎、煤磨設備基礎、原料磨設備基礎、水泥磨設備基礎、回轉窯設備基礎、高溫風機設備基礎、廢氣風機設備基礎、循環(huán)風機設備、混凝土設計采用C25 以上標號。為了保證混凝土質量,公司項目部組織了有關工程技術人員分析了大體積混凝土裂縫機理和產(chǎn)生的原因,重點討論了從選材、外加劑使用、配合比設計、混凝土的攪拌、運輸、澆筑、溫控、養(yǎng)護方法等,有針對性的采取了技術保證、防范預控等措施,保證了基礎混凝土產(chǎn)品質量符合規(guī)范和設計要求。最終所有基礎大體積混凝土表面只有很少短而淺的無規(guī)則裂縫。滿足了設計和施工規(guī)范要求。

2 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的機理和對應思考

2.1 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的機理

　　從混凝土的微觀裂縫和宏觀裂縫兩種分類情況看, 其第一原始因素是：混凝土是由非均質材料構成,依靠水泥的膠凝作用而形成的結合體, 必然有其抗拉強度低、易開裂、抗變形能力差的特點,因此出現(xiàn)裂縫是不可避免的?；炷亮芽p一種稱之為表面裂縫, 表面裂縫又有表面深裂縫和表面淺裂縫之分;表面深裂縫是因混凝土內外溫差大于標準控制值而導致的,這種裂縫比較有規(guī)則,縫較長而且深。表面淺裂縫(又稱龜裂)是混凝土在硬化過程中,因混凝土表面失水過快而使混凝土內外收縮不一致產(chǎn)生的。這種裂縫無規(guī)則、縫比較短而淺。另一種因混凝土溫度應力、約束條件、外界氣溫、混凝土自身收縮等綜合因素產(chǎn)生的裂縫稱之貫穿裂縫,有較大的危害性,也是施工過程很難掌握和控制的,因此針對上述易產(chǎn)生裂縫的因素分析,采取相應的控制措施。

2.2 對應思考

　　(1) 在采用集中攪拌、罐車運輸、泵送工藝的鋼筋混凝土結構,由于其截面大,水泥用量多, 水泥水化所釋放的水化熱比較大。而大體積混凝土比較厚,且混凝土導熱系數(shù)比較小, 因此混凝土內部的水化熱不易向外散發(fā),導致混凝土內部溫度很高,而混凝土外部的水化熱容易向外散發(fā),這樣使混凝土內外形成溫差而產(chǎn)生溫度應力?；炷羶炔慨a(chǎn)生壓應力（混凝土抗壓強度遠大于壓應力）, 混凝土表面產(chǎn)生拉應力,當拉應力超過混凝土極限抗拉強度時, 混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。這種由溫度應力導致的混凝土產(chǎn)生裂縫的重要因素顯然是水泥的水化熱。一般情況下, 水泥在水化過程中產(chǎn)生的大量的熱量在澆筑完的三天之內會釋放總量的1/2,而混凝土內部最高溫度集中在3～5 天,其溫度可達600C～700oC,因此選用水化熱低的水泥,降低混凝土在入倉前的自身溫度,在滿足結構質量的前提下控制水泥用量、隔離混凝土和外界接觸、充分保持隔離層下混凝土的濕潤和溫度,是防止混凝土因水化過程產(chǎn)生的溫度應力導致出現(xiàn)裂縫的有力措施。

　　(2)混凝土產(chǎn)生裂縫的另一種主要原因是約束條件,當混凝土溫度上升時（即早期升溫時）產(chǎn)生的膨脹變形受到基坑四周磚胎膜和底部墊層混凝土（δ =300mm）的約束,形成壓應力。由于混凝土的彈性模量小,因此壓應力也較小。關鍵是當溫度下降時,產(chǎn)生的拉應力超過混凝土的抗拉強度,混凝土就會出現(xiàn)垂直裂縫。由于基坑深度14米,在基坑內的溫度已高于±0.0米的溫度,且受外界溫度影響小,

　　這一點實際上是控制溫度不會受外界影響迅速下降的有利因素。因此保證混凝土在硬化過程中其溫度平穩(wěn)下降,就保證了混凝土收縮產(chǎn)生的拉應力不會超過混凝土的抗拉強度。

　　(3)大體積混凝土在施工期間,外界氣溫的變化對大體積混凝土的出現(xiàn)裂縫的有著重大影響,混凝土的內部溫度是由幾種疊加溫度構成,其內部溫度不易向外散發(fā),因此外界溫度對其影響不大,關鍵是混凝土表層熱量容易向外散發(fā),也同樣會很快接受外界溫度下降的現(xiàn)實,出現(xiàn)其表面溫度也很快下降,因此在混凝土配制中適量加入緩凝作用的外加劑,在保證連續(xù)澆筑混凝土的入倉速度,在養(yǎng)護時采取措施控制混凝土內外溫差也就控制了有害裂縫的出現(xiàn)。

　　(4)混凝土的收縮變形,是因混凝土拌合用水80% 要蒸發(fā),只有20% 的水分是水泥水化所必需的,在混凝土硬化過程中其體積會發(fā)生變化,這是因為混凝土內部多余的水分被蒸發(fā),造成混凝土收縮?；炷帘砻鏈囟鹊停ㄏ鄬炷羶炔繙囟龋?水分不充足（表面水分容易散失）,因而水泥水化較慢,混凝土的收縮速度也慢。而混凝土內部溫度高（相對混凝土外部溫度）,水分充足（內部水分不容易散失）,因而水泥水化較快,混凝土的收縮速度也快。混凝土內外因收縮不一致而使混凝土表面產(chǎn)生裂縫。防止這種裂縫的最好辦法：①保證連續(xù)澆筑,同時多次修整抹面。②及時進行充分的保溫、保濕養(yǎng)護。③嚴格控制水灰比,減少用水量是控制其體積變形減小收縮應力出現(xiàn)的重要因素。

3 混凝土裂縫控制的技術措施及成果

3.1 大體積混凝土材質及配合比要求

　　(1) 砂選擇Ⅱ區(qū)中砂, 石子選5 ～3 0 m m（泵送混凝土）連續(xù)級配（石子粒徑在符合規(guī)范條件下,體積相同時,粒徑越大,表面積越小, 水和水泥用量越?。?。砂石的合理級配有利于增強混凝土和易性, 降低水和水泥用量,使混凝土的水化熱和混凝土凝結收縮時泌水及干縮減小。

　　(2)砂石的含泥量:石子含泥量小于1%,泥塊含量小于0.5%,砂含泥量小于3%。砂石含泥量超標會直接影響骨料與水泥的粘結,影響施工所需的和易性,又影響混凝土的水化熱和干縮。

　　(3)水泥選用水化熱低,初凝時間較長的礦渣硅酸鹽水泥。

　　(4)混凝土拌和用水采用潔凈的地下水,地下水溫度較低, 有利于降低混凝土的澆筑溫度。

　　(5)在滿足工程設計要求的前提下,盡量減少單位體積的水泥用量,以降低水化熱,以減少混凝土的應力裂縫。

　　(6)為改善混凝土的和易性和操作條件,便于搗固, 在混凝土中摻減水劑。減水劑是一種表面活化劑,對水泥顆粒起分散作用,能把水泥凝聚體中所包含的水釋放出來,使水泥達到充分的水化,因而可減少混凝土拌合水量,降低水灰比,可有效增大混凝土的坍落度,提高和易性,有利于混凝土強度的增長及物理性能的改善, 減少混凝土的收縮。

　　(7)混凝土中加入UEA-H 型膨脹劑,它能通過化學反應使混凝土產(chǎn)生膨脹,可以抵消一部分混凝土在硬化過程中的收縮,且使混凝土內部更加密實, 可以防止混凝土的收縮裂縫。

　　(8)因部分混凝土采用泵送,因此混凝土中須加入泵送劑。

3.2 攪拌、運輸措施

　　(1)混凝土攪拌必須充分,不能有生料出倉。

　　(2)因澆筑混凝土時氣溫高達28℃,所以用地下水沖洗砂石（并隨時測定砂石的含水量）降低砂石溫度,且能減小砂石的含泥量。

　　(3)攪拌采用溫度較低的地下水,有利于降低混凝土的澆筑溫度。

　　(4)罐車運輸,防止混凝土離析?；炷凉捃囋诘却铝系倪^程中用地下水沖澆混凝土罐體, 有利于降低混凝土的澆筑溫度。

　　(5)混凝土運輸應盡量縮短時間及轉運次數(shù),混凝土一旦出現(xiàn)初凝現(xiàn)象應做廢料處理。

　　(6)在混凝土泵管上覆蓋濕麻袋,避免泵管受太陽直射, 促成輸送升溫現(xiàn)象。

3.3 澆筑、測溫、養(yǎng)護措施

　　(1)為了保證大體積混凝土的澆筑質量,項目部管理人員24 小時輪流值守,澆筑點至少2人, 負責指揮澆筑和振搗混凝土, 基礎上部2人負責調度罐車,保證各下灰點混凝土的連續(xù)澆筑。操作工人實行三班倒制度, 現(xiàn)場人員必需充足,并有專人負責振搗流淌的混凝土。

　　(2) 下灰方式：泵送和溜槽相結合。溜槽下灰速度快（有保證溜槽下灰不產(chǎn)生離析的保證措施）, 保證混凝土澆筑的連續(xù)性。泵送混凝土主要用于一些溜槽不易到達的地方以及覆蓋面層混凝土（ 下灰量容易控制）。混凝土用溜槽下灰時為防止產(chǎn)生離析, 在出口處設置擋板。

　　(3)混凝土采用機械振搗。機械振搗能產(chǎn)生振幅較大,頻率較高的振動,使骨料間的摩擦力、粘附力降低,水泥砂漿的流動性增加,由于振動而分散開的粗骨料在沉降過程中,被水泥砂漿充分包裹,形成具有一定數(shù)量和質量的砂漿包裹層,同時擠出混凝土拌合物中的氣泡, 以增強密實性和抗?jié)B性。

　　(4)機械振搗應按現(xiàn)行《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》的有關規(guī)定依次振搗密實, 防止漏振、欠振。

　　(5)混凝土澆筑時,成堆混凝土的攤平方法是：

　　a.振動棒從混凝土堆的下部逐漸插向上部,避免在頂部振動攤平形成砂漿窩,影響質量。

　　b.插入混凝土中的速度要小于混凝土的流動速度,避免變成搗固,否則混凝土因振動時間過長而發(fā)生分離。

　　c.為保證混凝土不漏振,底板大體積混凝土澆筑時派兩人專門搗固流淌的混凝土。

　　d.澆筑混凝土時,應隨澆隨平倉,不得堆積,在傾斜面上澆混凝土時,應從低處開始,且澆筑面應保持水平。

　　(6)混凝土澆筑時,振搗工作非常重要,振動棒的振動順序,依澆筑順序而定,宜垂直于澆筑的前進方向往返進行。

　　(7)插點要均勻布置, 逐漸移動, 順序進行,不得遺漏,振動棒的移置距離不得超過其振動半徑的1.5 倍,間距50cm 左右。

　　(8)一般將振動棒插入和抽出2-3 次即可,垂直插棒,快插慢拔,逐點移動,每次插入抽拔時間為8-15s,以表面泛漿,不出現(xiàn)氣泡,無明顯下沉現(xiàn)象為宜。

　　(9)振動要盡量避免過分振搗,插入深度不超過振動棒長度的1.25 倍,不得過深或太淺。

　　(10)混凝土在終凝前進行多次抹壓,有利于防止混凝土表面收縮裂縫。

　　(11)混凝土抹壓完后應及時覆蓋麻袋薄膜保溫保濕養(yǎng)護是止混凝土裂縫的又一有力措施。

　　(12)防雨措施:因大體積混凝土澆筑時間比較長,澆筑過程容易遇到下雨天氣,我們在澆筑現(xiàn)場準備了,在澆筑點上搭設一塊10*50米的塑料布（防雨水沖刷正在澆筑的混凝土）,已澆筑的混凝土表面再滿鋪一層塑料布（防雨水侵入混凝土,降低混凝土表面的溫度）。

　　(13)在混凝土澆筑時由于混凝土坍落度較大,攤鋪面積較寬,為保證處凝時間即可覆蓋第二層,在施工中采用分倉澆筑的辦法。即每2 0 m 在底板中加密目鋼絲網(wǎng)片, 將其分隔澆筑。

　　(14)測溫

　　a.應根據(jù)工程項目的平面形狀尺寸、厚度等不同情況,合理、經(jīng)濟地布設測溫點,并測繪測溫點布置圖。

　　b.溫度測點以集成溫度傳感器作感溫元件, 要進行篩選和防老化處理。在埋設前應對感溫元件作環(huán)氧樹脂封閉。在澆注前應按測溫布置圖要求,對測點予以固定和保護,以確保測溫工作的順利進行。

　　c.每次測溫后,應立即匯總整理混凝土內部溫度場與溫差數(shù)值,提供給施工指揮部門,以指導現(xiàn)場的施工。

　　(15)該大體積混凝土采用薄膜和草墊對混凝土進行保溫保濕養(yǎng)護,效果較好,局部因混凝土抹壓后薄膜覆蓋不及時導致混凝土表面失水過快,我們采取了在混凝土表面澆熱水后迅速覆蓋薄膜和草墊的措施。

　　(16)薄膜和草墊必須前后左右搭接（約100mm)覆蓋嚴密（特別是薄膜）, 該混凝土局部薄膜沒蓋嚴密,導致薄膜接縫處混凝土失水過塊而出現(xiàn)龜裂。

　　(17)時刻觀測混凝土表面的濕潤程度（薄膜的內表面必須有水珠）,若混凝土表面干燥,必須在澆熱水養(yǎng)護后及時蓋上薄膜和草墊養(yǎng)護時間不得少于14 天。

4 結語

　　大體積混凝土要從各環(huán)節(jié)來控制混凝土質量,但最重要應該從材質和保溫保濕養(yǎng)護著手,這2 個環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)問題,大體積混凝土裂縫將不會避免,但其它環(huán)節(jié)也不可忽視。通過以上各項措施的落實,大體積混凝土的施工滿足了設計和規(guī)范要求,減少了因出現(xiàn)有害裂縫而必須處理的費用,得到甲方和監(jiān)理方的肯定,為公司帶來了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。