建筑工程大體積混凝土施工裂縫控制方法探索

發(fā)布日期：2015-06-23來源：本站編輯：張瑞晨

[摘要]何為大體積混凝土？據(jù)筆者所知，目前國內(nèi)尚無統(tǒng)一的定義。對(duì)此，國內(nèi)外的有關(guān)專家和學(xué)者可謂仁者見仁、智者見智。

　　何為大體積混凝土?據(jù)筆者所知，目前國內(nèi)尚無統(tǒng)一的定義。對(duì)此，國內(nèi)外的有關(guān)專家和學(xué)者可謂仁者見仁、智者見智。如美國混凝土學(xué)會(huì)(ACI)將其定義為“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”;日本建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(JASS5)將其定義為“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在800㎜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(yù)計(jì)超過25℃的混凝土”;從我國有關(guān)用于指導(dǎo)操作的規(guī)范和手冊(cè)規(guī)定看，大多將其定義為：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。基于前述對(duì)大體積混凝土的不同理解，在此，筆者僅就我國目前有關(guān)專家和學(xué)者認(rèn)可的大體積混凝土工程施工裂縫的控制談?wù)勛约旱拇譁\看法，以期能對(duì)同行更好的保證施工過程中的質(zhì)量有所啟發(fā)或幫助。

　　一、工程特點(diǎn)與比較分析

　　在高樓林立的現(xiàn)代建筑市場，人們時(shí)常會(huì)涉及諸如以“混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的大體積混凝土”施工，如高層樓房基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、水利大壩工程施工等。這類工程的特點(diǎn)是體量大，一般實(shí)體最小尺寸大于或等于1m的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快。尤其是在混凝土內(nèi)外溫差較大時(shí)，會(huì)使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，由此影響工程的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。這類大體積混凝土與普通混凝土的區(qū)別表面上看是厚度不同，但其實(shí)質(zhì)的區(qū)別是由于混凝土中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積混凝土內(nèi)部的熱量不如表面的熱量散失得快，由此造成的內(nèi)外溫差過大，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力隨時(shí)可能會(huì)使混凝土開裂。因此，判斷是否屬于大體積混凝土既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)、每立方米水泥用量等因素。從實(shí)踐看，比較可行的方法是通過計(jì)算水泥水化熱所引起的混凝土的溫升值與環(huán)境溫度的差值大小來判別。一般來說，當(dāng)其差值小于25℃時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力將會(huì)小于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，不會(huì)造成混凝土的開裂;當(dāng)差值大于25℃時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力有可能大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，在這種情況下就有可能造成混凝土的開裂。

　　二、裂縫原因與操作要求

　　眾所周知，大體積混凝土施工的主要特點(diǎn)是體積大，一般實(shí)體最小尺寸處在大于或等于1m區(qū)間，加之它的表面系數(shù)較小，水泥水化熱釋放較集中，內(nèi)部溫升較快，在混凝土內(nèi)外溫差較大時(shí)，難免會(huì)使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。如(一)因水泥水化熱引起的裂縫。由于水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對(duì)較小，水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大。(二)因外界氣溫變化引起的裂縫。由于大體積混凝土在施工階段的澆筑溫度會(huì)隨著外界氣溫變化而變化，特別是當(dāng)氣溫驟降時(shí)會(huì)大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，如果不及時(shí)采取溫度控制措施，難免會(huì)因混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力導(dǎo)致裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生。(三)因混凝土收縮引起的裂縫。由于混凝土收縮的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮，干濕交替自然會(huì)引起混凝土體積的交替變化，進(jìn)而影響混凝土的澆筑質(zhì)量。因此，在施工大體積混凝土過程中，必須嚴(yán)守材料選擇和技術(shù)措施等操作要求。一是要認(rèn)真做好澆筑前的準(zhǔn)備。如在商品混凝土供應(yīng)商的選擇上嚴(yán)把材料選擇和混凝土配合比關(guān)，要對(duì)構(gòu)成混凝土的水泥、粗骨料、細(xì)骨料、粉煤灰和外加劑等成分在簽訂合同時(shí)進(jìn)行明確約定，并在使用時(shí)取樣送檢。二是在澆筑時(shí)要采取保證措施。如在編制澆筑方案時(shí)采取全面分層、分段分層和斜面分層等辦法，除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實(shí)完畢外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響。

　　三、存在問題與實(shí)踐探索

　　大凡從事過建筑工程施工或管理的同志都知道，萬丈高樓從地起，一項(xiàng)工程的基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)的質(zhì)量如何，對(duì)該工程的作用和影響都是致命性的。而混凝土的澆筑，既是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，也是結(jié)構(gòu)部分的關(guān)鍵。因此，針對(duì)混凝土澆筑施工不慎引發(fā)的裂縫等質(zhì)量問題，筆者從自己多年從事建筑工程施工和管理的實(shí)踐出發(fā)，結(jié)合具體工程施工所遇到的問題談?wù)勂淇刂拼胧?，以期能收到拋磚引玉的效果。

　　(一)理論基礎(chǔ)檢索。從理論上講，盡管目前國內(nèi)對(duì)什么是大體積混凝土尚無明確定義，同時(shí)國外的定義也不盡相同。如日本建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(JASS5)規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm以上，同時(shí)水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計(jì)超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。美國混凝土學(xué)會(huì)(ACI)規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”。從前述兩國的定義可知：大體積混凝土不是由其絕對(duì)截面尺寸的大小決定的，而是由是否會(huì)產(chǎn)生水化熱引起的溫度收縮應(yīng)力來定性的，但水化熱的大小又與截面尺寸有關(guān)。這難怪，我國的有關(guān)專家學(xué)者會(huì)這樣認(rèn)為：一般來說，基礎(chǔ)底板混凝土最小尺寸≥600～750㎜，架空板結(jié)構(gòu)最小尺寸≥800～1000㎜，水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差，預(yù)計(jì)超過25℃的混凝土可稱為大體積混凝土。

　　(二)存在問題剖析。從實(shí)踐來看，由于對(duì)大體積混凝土沒有統(tǒng)一定義，以截面尺寸來簡單判斷是否是大體積混凝土的現(xiàn)象比較常見，由此給工程帶來的的損失也并不鮮見。例如：有些工程雖然厚度達(dá)到80cm(或1m)，但也不屬于大體積混凝土的范疇，業(yè)主卻要求施工單位按大體積混凝土標(biāo)準(zhǔn)施工，由此造成不必要的浪費(fèi);有些工程雖然厚度未達(dá)到80cm(或1m)，但水化熱卻較大，施工單位卻沒有按大體積混凝土的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)施工，由此造成結(jié)構(gòu)裂縫，結(jié)果采取種種措施加以補(bǔ)救又造成額外費(fèi)用。事實(shí)上，大體積混凝土不僅因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)厚實(shí)、混凝土量大、工程條件復(fù)雜(一般都是地下現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu))、施工技術(shù)要求高、水泥水化熱較大(預(yù)計(jì)超過25度)而易使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度變形。同時(shí)，由于平面尺寸過大，約束作用所產(chǎn)生的溫度力也愈大，如采取控制溫度措施不當(dāng)，在溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值時(shí)也易產(chǎn)生裂縫。

　　(三)控制方法探索。就操作而論，不僅高層建筑的箱形基礎(chǔ)或片筏基礎(chǔ)有厚度較大的鋼筋混凝土底板和樁基礎(chǔ)大多存在厚大的承臺(tái)，而且不少厚大結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層樓板和大梁也屬大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。同時(shí)，隨著建設(shè)主管部門和購房者對(duì)建筑工程質(zhì)量及其抗震級(jí)數(shù)要求的越來越高，一般建筑工程也經(jīng)常會(huì)涉及到不同程度的大體積混凝土施工。因此，對(duì)大體積混凝土的判別標(biāo)準(zhǔn)，截面尺寸僅僅是一個(gè)方面，還應(yīng)充分考慮水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)、每立方米水泥用量等因素，并通過計(jì)算水泥水化熱所引起的混凝土的溫升值與環(huán)境溫度的差值大小來判別。一般來說，按照“當(dāng)其差值小于25℃時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力將會(huì)小于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，不會(huì)造成混凝土的開裂;當(dāng)差值大于25℃時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力有可能大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度，容易造成混凝土的開裂”的規(guī)律，凡是在有混凝土施工的情況下，均應(yīng)從如何有效確保工程質(zhì)量出發(fā)盡可能考慮選擇大體積混凝土施工方案。

　　(四)應(yīng)用效果總結(jié)。自20世紀(jì)90年代初以來，筆者曾先后參與和獨(dú)立負(fù)責(zé)過煤礦洗選廠、鐵路集運(yùn)站和多棟高層房屋建筑工程的施工及其管理，并總結(jié)出了不少能有效預(yù)防大體積混凝土施工裂縫等影響工程質(zhì)量的施工方法。在此，筆者僅將其中的重慶“駿逸新視界”一期工程9#樓大體積混凝土澆筑施工的方法作一交流，以期能對(duì)各位同行有所幫助。

　　重慶“駿逸新視界”一期工程9#樓位于重慶九龍坡區(qū)石坪橋，建筑面積17660㎡，分地上27層地下1層，建筑總高度85.5m，占地面積900㎡，其基礎(chǔ)形式為人工挖孔樁，核心筒體下為筏板基礎(chǔ)，平面尺寸約為15*12m，筏板厚度2.5m，混凝土強(qiáng)度C40，總方量為470m3(屬大體積高標(biāo)號(hào)混凝土施工)?；A(chǔ)筏板共設(shè)三層鋼筋網(wǎng)，上下層鋼筋為Φ25，雙向間距100mm;中間層鋼筋為Φ16，雙向間距150mm(整個(gè)筏板基礎(chǔ)含鋼量大)。該工程以工程質(zhì)量好和社會(huì)信譽(yù)高獲重慶“巴渝杯”優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)。

　　施工前：為有效確保整個(gè)混凝土澆筑質(zhì)量控制到位，我們根據(jù)各項(xiàng)預(yù)測條件，對(duì)大體積混凝土了進(jìn)行模擬驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果為混凝土入模溫度27℃，最高溫度計(jì)Tmax=71℃，混凝土中心最高溫度73℃。要使混凝土內(nèi)外溫差保持在25℃以內(nèi)，即保持混凝土表面48℃的高溫(澆注時(shí)間為六月初，環(huán)境溫度20-25℃，經(jīng)過計(jì)算保溫材料必須要加二層草袋及一層塑料薄膜)。為了降低混凝土內(nèi)部溫度，減少結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差，同時(shí)防止意外情況發(fā)生，經(jīng)對(duì)混凝土配比進(jìn)行試配和優(yōu)化，選用了水化熱較低的礦渣水泥加入一定的粉煤灰和UEA外加劑方案。

　　施工中：高度重視混凝土溫度監(jiān)測和強(qiáng)度分析，澆筑混凝土?xí)r在筏板基礎(chǔ)中留設(shè)足夠的測溫孔，測溫從澆筑完后10小時(shí)開始，每4小時(shí)測一次，并隨時(shí)根據(jù)測溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)掌握“升溫階段”(由于混凝土水化熱產(chǎn)生熱量，溫度從混凝土澆灌入模開始升溫，在澆筑完36小時(shí)后開始出現(xiàn)溫度峰值，從數(shù)據(jù)上看，溫度最高值為68℃，處于筏板中心位置，其余各處均低于65℃)、“恒溫階段”(混凝土溫度在最高值持續(xù)1-2天，溫度基本恒定不變)和“降溫階段”(3天后溫度即開始下降，降溫率為每3-5℃，為緩慢平穩(wěn)降溫趨勢(shì))的變化情況，由此為有效確?；炷翜囟茸兓铣Ｒ?guī)的拋物線，至測溫工作結(jié)束時(shí)整個(gè)混凝土表面未出現(xiàn)裂縫提供了保證。

　　控制法：為使筏板混凝土不致因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生表面貫穿性裂縫，施工中除對(duì)配合比進(jìn)行優(yōu)化和采取保溫保濕養(yǎng)護(hù)外，要想使混凝土內(nèi)部溫差控制在25℃以內(nèi)(混凝土內(nèi)部最高度達(dá)到65-68℃)，其表面溫度必須達(dá)到40-43℃。而當(dāng)時(shí)環(huán)境平均溫度為23℃，混凝土表面與環(huán)境溫差為17-20℃。為有效破解這一難題，現(xiàn)場施工時(shí)通過采取合理利用草袋和薄膜及其進(jìn)行人工養(yǎng)護(hù)等保溫措施，由此確保了混凝土溫度與環(huán)境溫度保持25℃溫差的控制效果實(shí)現(xiàn)。其主要作法為：一是注意澆搗質(zhì)量。整個(gè)筏板澆搗通過采用一次性澆筑、薄層覆蓋、分層搗實(shí)的施工方法，避免了施工冷縫的產(chǎn)生。二是降低混凝水熱。在澆灌混凝土前，通過預(yù)設(shè)集水坑和及時(shí)排除大流動(dòng)性混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的沁水，有效防止了混凝土因含水量過大和浮漿過多而發(fā)生干裂的可能。三是預(yù)埋降溫水管。通過在混凝土內(nèi)部預(yù)埋降溫水管，注入冷卻循環(huán)水，以降低混凝土內(nèi)部溫度。即通過在混凝土內(nèi)埋中心距為1.5m的25mm的水管，并根據(jù)實(shí)際測溫結(jié)果調(diào)節(jié)水的流量控制內(nèi)部降溫。四是搞好表面處理。針對(duì)泵送混凝土浮漿多的特點(diǎn)，在澆注后2-3小時(shí)內(nèi)將混凝土表面用木抹板反復(fù)搓抹數(shù)遍使其表面密實(shí)，初凝前再用鐵抹板壓光消除干縮裂縫，由此既減少混凝土表面水分散發(fā)，又較好地控制混凝土表面龜裂

　　作者：重慶巨能建安公司 陳東生 一級(jí)建造師、全國優(yōu)秀項(xiàng)目經(jīng)理

【相關(guān)閱讀】

• 項(xiàng)目現(xiàn)場成本的責(zé)任管理
• “工地信息化、智能化產(chǎn)品應(yīng)用案例介紹 及成果展示交
• 工地標(biāo)語217條，收藏備用！
• 夏季施工防火、防雷擊、防毒
• 施工現(xiàn)場10大吐血經(jīng)驗(yàn)全打包
• 雨季施工，你準(zhǔn)備好了嗎？