天臺乾元名邸工程地下室底板大體積混凝土裂縫控制技術(shù)

　　地下室底板大體積混凝土由于水泥的水化作用產(chǎn)生大量的水化熱，導致混凝土在溫度應力和干縮應力的作用下，出現(xiàn)材料型裂縫。材料型裂縫在大體積混凝土中是一個質(zhì)量通病，如何完全解決它仍是一個令許多技術(shù)人員頭疼的問題。

　　一、裂縫的產(chǎn)生原因

　　(一)水泥選用不當，水化熱過高

　　水泥水化熱引起溫度應力和溫度變形而產(chǎn)生裂縫。水泥水化過程中產(chǎn)生大量熱量，每克水泥水化放熱量約達120cal/g，混凝土內(nèi)部升溫約在30℃以上。當混凝土內(nèi)部與表面溫差大時，就產(chǎn)生溫度應力和溫度變形，混凝土內(nèi)部的溫度應力與混凝土厚度及水泥用量，品種有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)尺寸愈大，厚度愈厚，溫度應力愈大，引起裂縫的可能性愈大。

　　(二)混凝土內(nèi)外約束條件的影響

　　大體積鋼筋混凝土與地基澆筑在一起，當結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度變形時，受到地基的限制，而產(chǎn)生外部約束應力，當混凝土升溫時，產(chǎn)生膨脹變形約束，中心產(chǎn)生壓應力，此時混凝土彈性模量小，徐變和應力松弛度大，使混凝土與地基連接不牢固。當溫度下降，中心產(chǎn)生較大拉應力，此時混凝土抗拉強度低于溫度產(chǎn)生拉應力時，混凝土將出現(xiàn)垂直裂縫，此裂縫往往是貫穿性裂縫，這影響到結(jié)構(gòu)安全度和使用功能，是致命的裂縫。

　　(三)外界氣溫變化的影響

　　大體積混凝土在施工階段，常受到外界氣溫變化的影響，外界氣溫越高，澆筑溫度也愈高，當氣溫下降，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土內(nèi)部的溫度梯度，會造成溫差與溫度應力，使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。

　　(四)混凝土收縮變形的影響

　　1.混凝土塑性收縮變形發(fā)生在混凝土硬化之前，混凝土仍處于塑性狀態(tài)，它產(chǎn)生主要是上部混凝土的沉降受到鋼筋和骨料限制或平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難，這就會形成不規(guī)則的深層裂縫，這種裂縫通常是互相平行。

　　2.混凝土的體積變形，混凝土在終凝后體積產(chǎn)生變化，有可能產(chǎn)生收縮或膨脹，隨著溫度變化而變化。

　　3.干燥收縮是混凝土中的水分80%要蒸發(fā)，20%水分是硬化所需。隨著水分蒸發(fā)就會出現(xiàn)干燥收縮，表面干燥收縮快，中心干燥收縮慢，表面收縮應力受到中心收縮應力的約束，表面產(chǎn)生拉應力而出現(xiàn)裂縫。

　　4.混凝土勻質(zhì)性影響，配合比不嚴格計量，其坍落度，外加劑，骨料粒徑不同及振搗密實度不同，造成混凝土的彈性模量不同，形成收縮變形不均勻，導致應力集中而引起裂縫。

　　5.結(jié)構(gòu)造型差異顯殊，厚度差別較大或留孔，留槽都會產(chǎn)生應力集中而形成裂縫。

　　二、裂縫的特征

　　該裂縫稱為內(nèi)約束裂縫，有走向規(guī)則不定，但結(jié)構(gòu)屬于梁板體系或較長的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊，大體積或大面積結(jié)構(gòu)裂縫常縱橫交錯。屬于收縮性貫穿裂縫，裂縫寬度隨著溫度變化而變化。另一種屬于物體表面與外界氣候的溫差，引起構(gòu)件表面急劇收縮，產(chǎn)生表層無規(guī)則的淺層裂縫及構(gòu)件表面與構(gòu)件的中心溫差與收縮產(chǎn)生表面較深層裂縫，但屬非貫穿性裂縫。

　　三、裂縫的危害性

　　貫穿性裂縫，地下室底板將引起底板漏水、鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)安全度及使用功能，這種裂縫是致命的。表層產(chǎn)生淺層及深層的溫差收縮裂縫，雖然是非貫穿性裂縫，但必須加以處理和補強措施，否則也會影響使用年限。

　　四、采取對策

　　1.降低混凝土中水泥在水化過程中的水化熱，減少混凝土在施工過程中由于溫差過大產(chǎn)生膨脹與收縮應力。

　　2.延長混凝土初凝及終凝時間，因為水泥在水化的總發(fā)熱量是個常數(shù)，延長升溫與降溫時間，不致于使溫度梯度產(chǎn)生峰值，使膨脹與收縮的應力達到最高值，裂縫迅速加大。

　　3.合理選用混凝土粗細骨料，水灰比，摻適量微膨脹劑，緩凝劑，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自應力，來提高混凝土的抗拉能力，減少由于熱脹冷縮產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫及提高抗?jié)B能力。

　　4.在結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算時，應考慮大體積砼中水泥在水化過程中產(chǎn)生溫度應力對結(jié)構(gòu)的不利因素。所以結(jié)構(gòu)的配筋應增加由于溫度應力產(chǎn)生附加應力的配筋，或采用鋼纖維混凝土，可以大大提高混凝土內(nèi)部的抗拉強度，這是減少或消除結(jié)構(gòu)裂縫的重要構(gòu)造措施。

　　5.加強混凝土的養(yǎng)護，采取有效表層保溫，保濕措施，使外界氣溫與混凝土表面溫差不宜過大，散熱過快，并保持足夠水分，使混凝土水化與凝固更完善，減少溫度梯度，膨脹與收縮更均勻。[Page]

　　五、控制措施

　　1.減少混凝土中水泥的水化熱，應選用低水化熱礦渣水泥或普通硅酸鹽水泥，其標號不低于425#，最好用525#標號，水泥用量少，水化熱低，同時在混凝土摻些一級或二級粉煤灰，它是一種活性材料，可以代替部分水泥，減少水泥用量，降低水化熱。[Page]

　　2.混凝土的收縮隨粗細骨料的含泥量增加而增加，隨著粗細骨料的粒徑加大而減少，石子含泥量必須少1%，砂用中粗砂，其含泥量應少于2%，這是減少干縮應力，控制混凝土收縮裂縫的重要措施。

　　3.嚴格控制水灰比，水是影響混凝土收縮主要因素，因混凝土中水分大部分蒸發(fā)引起混凝土內(nèi)部形成很多毛細孔，降低混凝土抗拉強度、收縮變形也同時發(fā)生，因此采用減水劑、減少水灰比，改善混凝土和易性，從而提高混凝土的抗拉強度，減少內(nèi)約束應力產(chǎn)生裂縫。

　　4.配制混凝土加入適量緩凝劑來延長初凝和終凝時間，使混凝土內(nèi)部升溫和降溫不出現(xiàn)溫度梯度峰值，即是升溫最高值，充分發(fā)揮混凝土自身強度潛力和材料松弛的特征，使混凝土的抗拉強度大于溫差應力，減少裂縫產(chǎn)生。

　　5.對澆注混凝土采用有效保濕的保養(yǎng)措施，在混凝土表面用麻袋或草袋覆蓋，并用清水澆濕，盡量減少混凝土表面熱擴散快、溫差大、降低外界環(huán)境與混凝土表面的溫差值，減少溫差應力對結(jié)構(gòu)的影響。

　　六、工程實踐

　　(一)工程概況

　　天臺乾元名邸工程地下一層、地上十七躍層，總高52.40m，全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，主樓與主樓、主樓與裙樓共設(shè)兩條結(jié)構(gòu)后澆帶，地下室總長度73.53m，總寬度28.94m，地下室板厚450m，局部如梁、樁承臺、電梯井等達1500mm，為大體積混凝土，混凝土為C35，抗?jié)BP6，底板混凝土總量為2400m³，配主筋14@120，雙層雙向，其中部用10垂直梅花拉結(jié)筋，將上下層的板筋拉結(jié)。底板總用鋼量282噸(不包括增加垂直拉結(jié)筋)，要求混凝土澆筑時以后澆帶為界，分三次澆筑完成，不允許出現(xiàn)有害裂縫，保證底板的整體性及設(shè)計強度和剛度，施工時間2006年8月中旬，室外溫度35℃施工。

　　(二)施工過程技術(shù)措施

　　1.選材。C35大體積混凝土在澆筑施工時，由于水泥的水化作用，將產(chǎn)生大量的水化熱，引起混凝土溫度上升和體積膨脹，如果未能較好地控制內(nèi)外溫差(應小于25℃)，極易產(chǎn)生貫穿裂縫，破壞結(jié)構(gòu)的整體性?？紤]到地下室底板在早期承受的荷載較小，在保證基礎(chǔ)有足夠的強度滿足施工階段的前提下，為降低該混凝土的水化熱，決定使用60天齡期作為驗收依據(jù)。

　　水泥選用立馬普通425#水泥，外加劑采用NF高效減水劑，減水率16.5%，緩凝時間8～10h。粗骨料級配為5～25mm的連續(xù)級配，含泥量小于1%。細骨料細度模數(shù)要大、采用中砂，細骨含泥理低于2%。為了防止混凝土的初始裂縫，我們還添加了微膨脹劑UEA。

　　另外，為了減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性，我們把部分水泥用粉煤灰代替，因為粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，這些硅、鋁氧化物能夠與水泥的水化產(chǎn)物進行二次反應，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；由于粉煤灰顆粒較細，能夠參加二次反應的界面相應增加，在混凝土中分散更加均勻；同時，粉煤灰的火山灰反應進一步改善了混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結(jié)構(gòu)進一步細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應收縮值也減少。

　　2.配合比。425#普通水泥：水：砂子：石子：NF高效減水劑：粉煤灰=290：170：732：1100：7.16：108。

　　3.   溫度計算結(jié)果。a混凝土內(nèi)最高溫度：根據(jù)公式Tc=W.C.Q / Cρ×0.83+FA / 50

　　=[(290×0.97×335) / (0.97×2400)]×0.83+108 /50=35.76℃

　　b出罐溫度：T1=Tc-0.16(Tc-Td)=27℃

　　c澆筑溫度：Tj=Tc+(Tg-Tc)(A1+A2+A3)=36.8℃

　　d砼實際最高溫度：Tmax=T1+Tj=35.76+36.8=72.56℃

　　由此可見混凝土表面溫度與內(nèi)部最高溫度經(jīng)計算超過25℃，故表面采用麻袋澆水覆蓋保溫，保濕養(yǎng)護，此舉能使混凝土表面與混凝土內(nèi)部溫差在25℃以內(nèi)以及混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差也維持在25℃以內(nèi)。

　　4.施工組織。我公司按照組織設(shè)計共設(shè)置了二座攪拌站“統(tǒng)一管理，同種原材料，統(tǒng)一配和比，連續(xù)生產(chǎn)”的原則。根據(jù)施工方案，混凝土澆筑時由南向北推進，遵循“同時澆搗，循序漸進”的成熟工藝進行混凝土澆搗?；炷帘砻嬗闷桨逭駝悠鱽砘卣駝觾纱危鸦炷帘砻娴乃?，采用“三壓三平”進行表面處理。特別注意卸料口，底部轉(zhuǎn)角點等易漏振的地方，加強專人監(jiān)督，嚴格操作要求(即插入深度，間距及振動時間)，保證混凝土振搗密實。

　　5.溫度監(jiān)測。加強混凝土內(nèi)外溫度測試是保證大體積混凝土質(zhì)量的重要手段。根據(jù)溫度變化的情況及時采用相應保溫，保濕等技術(shù)措施，避免由于溫差大，而產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)有害的裂縫。本工程布置10個測溫點，采用傳統(tǒng)測溫測試方式，堅持24h連續(xù)測溫，待砼終凝后每2h測一次，8d后測4h測一次，并由專人負責記錄，整理全部測溫資料。經(jīng)測試10天，表面最高溫度68.50℃，表面最低溫度38.30℃，高低平均溫差30.20℃，混凝土中心最高溫度87.30℃，最低溫度58.70℃，平均溫差28.50℃?；炷羶?nèi)外溫差平均在19.60℃，滿足小于250℃的要求。

　　6.試塊強度。按規(guī)定做12組抗壓試塊12組均超過C35，最大值40.2MPa，抗?jié)B試塊做4組，均達到抗?jié)BP6要求，最大值為0.65MPa抗?jié)B值，該工程由于采取的技術(shù)措施和管理措施得當，底板無出現(xiàn)裂縫，取得較好效果。

　　七、結(jié)語

　　1.在乾元名邸工程地下室底板中采取的防裂縫措施是行之有效的。

　　2.混凝土采用60天驗收齡期，并摻入粉煤灰和高效緩凝減水劑，減少了水泥用量。有效降低了水化熱，延緩了水化峰值。

　　3.要防止混凝土的開裂，在混凝土拌制初期，尤其在14天左右，加強養(yǎng)護是至關(guān)重要的。