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(yù)熱器塔架的閥板型深基礎(chǔ)、筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和大型設(shè)備基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)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(shù)的掌握和應(yīng)用越來(lái)越引起人們的關(guān)注。應(yīng)該看到大體積混凝土的施工工藝過(guò)程和普通混凝土沒(méi)有區(qū)別，可其工藝過(guò)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(zhì)量的關(guān)鍵，也是大體積混凝土施工全過(guò)程管理（事前預(yù)測(cè)、事中控制和事后反饋信息措施實(shí)施）的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:基礎(chǔ) 大體積混凝土 現(xiàn)場(chǎng)施工

中圖分類(lèi)號(hào):T U 9 7 9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):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(chǔ)包括: 窯尾預(yù)熱器塔架鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、生料庫(kù)基礎(chǔ)、水泥庫(kù)基礎(chǔ)、煤磨設(shè)備基礎(chǔ)、原料磨設(shè)備基礎(chǔ)、水泥磨設(shè)備基礎(chǔ)、回轉(zhuǎn)窯設(shè)備基礎(chǔ)、高溫風(fēng)機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)、廢氣風(fēng)機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)、循環(huán)風(fēng)機(jī)設(shè)備、混凝土設(shè)計(jì)采用C25 以上標(biāo)號(hào)。為了保證混凝土質(zhì)量,公司項(xiàng)目部組織了有關(guān)工程技術(shù)人員分析了大體積混凝土裂縫機(jī)理和產(chǎn)生的原因,重點(diǎn)討論了從選材、外加劑使用、配合比設(shè)計(jì)、混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆筑、溫控、養(yǎng)護(hù)方法等,有針對(duì)性的采取了技術(shù)保證、防范預(yù)控等措施,保證了基礎(chǔ)混凝土產(chǎn)品質(zhì)量符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。最終所有基礎(chǔ)大體積混凝土表面只有很少短而淺的無(wú)規(guī)則裂縫。滿足了設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求。

2 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)理和對(duì)應(yīng)思考

2.1 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的機(jī)理

　　從混凝土的微觀裂縫和宏觀裂縫兩種分類(lèi)情況看, 其第一原始因素是：混凝土是由非均質(zhì)材料構(gòu)成,依靠水泥的膠凝作用而形成的結(jié)合體, 必然有其抗拉強(qiáng)度低、易開(kāi)裂、抗變形能力差的特點(diǎn),因此出現(xiàn)裂縫是不可避免的。混凝土裂縫一種稱(chēng)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(nèi)外溫差大于標(biāo)準(zhǔn)控制值而導(dǎo)致的,這種裂縫比較有規(guī)則,縫較長(zhǎng)而且深。表面淺裂縫(又稱(chēng)龜裂)是混凝土在硬化過(guò)程中,因混凝土表面失水過(guò)快而使混凝土內(nèi)外收縮不一致產(chǎn)生的。這種裂縫無(wú)規(guī)則、縫比較短而淺。另一種因混凝土溫度應(yīng)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(chēng)之貫穿裂縫,有較大的危害性,也是施工過(guò)程很難掌握和控制的,因此針對(duì)上述易產(chǎn)生裂縫的因素分析,采取相應(yīng)的控制措施。

2.2 對(duì)應(yīng)思考

　　(1) 在采用集中攪拌、罐車(chē)運(yùn)輸、泵送工藝的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),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(dǎo)熱系數(shù)比較小, 因此混凝土內(nèi)部的水化熱不易向外散發(fā),導(dǎo)致混凝土內(nèi)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(nèi)外形成溫差而產(chǎn)生溫度應(yīng)力?；炷羶?nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力（混凝土抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于壓應(yīng)力）, 混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí), 混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。這種由溫度應(yīng)力導(dǎo)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(guò)程中產(chǎn)生的大量的熱量在澆筑完的三天之內(nèi)會(huì)釋放總量的1/2,而混凝土內(nèi)部最高溫度集中在3～5 天,其溫度可達(dá)600C～700oC,因此選用水化熱低的水泥,降低混凝土在入倉(cāng)前的自身溫度,在滿足結(jié)構(gòu)質(zhì)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(rùn)和溫度,是防止混凝土因水化過(guò)程產(chǎn)生的溫度應(yīng)力導(dǎo)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(dāng)混凝土溫度上升時(shí)（即早期升溫時(shí)）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(yīng)力。由于混凝土的彈性模量小,因此壓應(yīng)力也較小。關(guān)鍵是當(dāng)溫度下降時(shí),產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度,混凝土就會(huì)出現(xiàn)垂直裂縫。由于基坑深度14米,在基坑內(nèi)的溫度已高于±0.0米的溫度,且受外界溫度影響小,

　　這一點(diǎn)實(shí)際上是控制溫度不會(huì)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(guò)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(yīng)力不會(huì)超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度。

　　(3)大體積混凝土在施工期間,外界氣溫的變化對(duì)大體積混凝土的出現(xiàn)裂縫的有著重大影響,混凝土的內(nèi)部溫度是由幾種疊加溫度構(gòu)成,其內(nèi)部溫度不易向外散發(fā),因此外界溫度對(duì)其影響不大,關(guān)鍵是混凝土表層熱量容易向外散發(fā),也同樣會(huì)很快接受外界溫度下降的現(xiàn)實(shí),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(cāng)速度,在養(yǎng)護(hù)時(shí)采取措施控制混凝土內(nèi)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(guò)程中其體積會(huì)發(fā)生變化,這是因?yàn)榛炷羶?nèi)部多余的水分被蒸發(fā),造成混凝土收縮。混凝土表面溫度低（相對(duì)混凝土內(nèi)部溫度）,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(nèi)部溫度高（相對(duì)混凝土外部溫度）,水分充足（內(nèi)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(nèi)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(shí)多次修整抹面。②及時(shí)進(jìn)行充分的保溫、保濕養(yǎng)護(hù)。③嚴(yán)格控制水灰比,減少用水量是控制其體積變形減小收縮應(yīng)力出現(xiàn)的重要因素。

3 混凝土裂縫控制的技術(shù)措施及成果

3.1 大體積混凝土材質(zhì)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(jí)配（石子粒徑在符合規(guī)范條件下,體積相同時(shí),粒徑越大,表面積越小, 水和水泥用量越小）。砂石的合理級(jí)配有利于增強(qiáng)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(jié)收縮時(shí)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(biāo)會(huì)直接影響骨料與水泥的粘結(jié),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(shí)間較長(zhǎng)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(shè)計(jì)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(yīng)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(duì)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(lái),使水泥達(dá)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(qiáng)度的增長(zhǎng)及物理性能的改善, 減少混凝土的收縮。

　　(7)混凝土中加入U(xiǎn)EA-H 型膨脹劑,它能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使混凝土產(chǎn)生膨脹,可以抵消一部分混凝土在硬化過(guò)程中的收縮,且使混凝土內(nèi)部更加密實(shí), 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(yùn)輸措施

　　(1)混凝土攪拌必須充分,不能有生料出倉(cāng)。

　　(2)因澆筑混凝土?xí)r氣溫高達(dá)28℃,所以用地下水沖洗砂石（并隨時(shí)測(cè)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(chē)運(yùn)輸,防止混凝土離析?；炷凉捃?chē)在等待下料的過(guò)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(yùn)輸應(yīng)盡量縮短時(shí)間及轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù),混凝土一旦出現(xiàn)初凝現(xiàn)象應(yīng)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(yáng)直射, 促成輸送升溫現(xiàn)象。

3.3 澆筑、測(cè)溫、養(yǎng)護(hù)措施

　　(1)為了保證大體積混凝土的澆筑質(zhì)量,項(xiàng)目部管理人員24 小時(shí)輪流值守,澆筑點(diǎn)至少2人, 負(fù)責(zé)指揮澆筑和振搗混凝土, 基礎(chǔ)上部2人負(fù)責(zé)調(diào)度罐車(chē),保證各下灰點(diǎn)混凝土的連續(xù)澆筑。操作工人實(shí)行三班倒制度, 現(xiàn)場(chǎng)人員必需充足,并有專(zhuān)人負(fù)責(zé)振搗流淌的混凝土。

　　(2) 下灰方式：泵送和溜槽相結(jié)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(dá)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(shí)為防止產(chǎn)生離析, 在出口處設(shè)置擋板。

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

　　(4)機(jī)械振搗應(yīng)按現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定依次振搗密實(shí), 防止漏振、欠振。

　　(5)混凝土澆筑時(shí),成堆混凝土的攤平方法是：

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

　　b.插入混凝土中的速度要小于混凝土的流動(dòng)速度,避免變成搗固,否則混凝土因振動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)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(shí)派兩人專(zhuān)門(mén)搗固流淌的混凝土。

　　d.澆筑混凝土?xí)r,應(yīng)隨澆隨平倉(cāng),不得堆積,在傾斜面上澆混凝土?xí)r,應(yīng)從低處開(kāi)始,且澆筑面應(yīng)保持水平。

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

　　(7)插點(diǎn)要均勻布置, 逐漸移動(dòng), 順序進(jìn)行,不得遺漏,振動(dòng)棒的移置距離不得超過(guò)其振動(dòng)半徑的1.5 倍,間距50cm 左右。

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

　　(9)振動(dòng)要盡量避免過(guò)分振搗,插入深度不超過(guò)振動(dòng)棒長(zhǎng)度的1.25 倍,不得過(guò)深或太淺。

　　(10)混凝土在終凝前進(jìn)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(yīng)及時(shí)覆蓋麻袋薄膜保溫保濕養(yǎng)護(hù)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(shí)間比較長(zhǎng),澆筑過(guò)程容易遇到下雨天氣,我們?cè)跐仓F(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備了,在澆筑點(diǎn)上搭設(shè)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(shí)由于混凝土坍落度較大,攤鋪面積較寬,為保證處凝時(shí)間即可覆蓋第二層,在施工中采用分倉(cāng)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(cè)溫

　　a.應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目的平面形狀尺寸、厚度等不同情況,合理、經(jīng)濟(jì)地布設(shè)測(cè)溫點(diǎn),并測(cè)繪測(cè)溫點(diǎn)布置圖。

　　b.溫度測(cè)點(diǎn)以集成溫度傳感器作感溫元件, 要進(jìn)行篩選和防老化處理。在埋設(shè)前應(yīng)對(duì)感溫元件作環(huán)氧樹(shù)脂封閉。在澆注前應(yīng)按測(cè)溫布置圖要求,對(duì)測(cè)點(diǎn)予以固定和保護(hù),以確保測(cè)溫工作的順利進(jìn)行。

　　c.每次測(cè)溫后,應(yīng)立即匯總整理混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)與溫差數(shù)值,提供給施工指揮部門(mén),以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的施工。

　　(15)該大體積混凝土采用薄膜和草墊對(duì)混凝土進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù),效果較好,局部因混凝土抹壓后薄膜覆蓋不及時(shí)導(dǎo)致混凝土表面失水過(guò)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(yán)密（特別是薄膜）, 該混凝土局部薄膜沒(méi)蓋嚴(yán)密,導(dǎo)致薄膜接縫處混凝土失水過(guò)塊而出現(xiàn)龜裂。

　　(17)時(shí)刻觀測(cè)混凝土表面的濕潤(rùn)程度（薄膜的內(nèi)表面必須有水珠）,若混凝土表面干燥,必須在澆熱水養(yǎng)護(hù)后及時(shí)蓋上薄膜和草墊養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 天。

4 結(jié)語(yǔ)

　　大體積混凝土要從各環(huán)節(jié)來(lái)控制混凝土質(zhì)量,但最重要應(yīng)該從材質(zhì)和保溫保濕養(yǎng)護(hù)著手,這2 個(gè)環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)問(wèn)題,大體積混凝土裂縫將不會(huì)避免,但其它環(huán)節(jié)也不可忽視。通過(guò)以上各項(xiàng)措施的落實(shí),大體積混凝土的施工滿足了設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,減少了因出現(xiàn)有害裂縫而必須處理的費(fèi)用,得到甲方和監(jiān)理方的肯定,為公司帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。