大体积混凝土施工裂缝控制方法

摘  要：从大体积混凝土施工的特点出发，结合实例，分析温度裂缝产生原因和防治措施。

关键词：混凝土施工；裂缝控制；防治措施

中图分类号：TU528.07;TU755.7         文献标识码：B

　　目前大体积混凝土越来越多，但是温度裂缝问题还未完全解决。贵阳鑫海大厦转换层采用2.0 m厚混凝土整板结构，根据工程特点，运用裂缝控制理论，研究裂缝原因，提出了施工防治措施，效果较好。

1  工程概况

　　鑫海大厦位于贵阳延安中路，占地面积：1466 m²，总建筑面积：24111 m²，地下一层，地上二十七层，建筑总高：89.9 m，是集商业、办公、住宅为一体的综合性建筑。工程结构设计选用了转换层形式。

2  转换层结构设计特征

　　转换层结构形式：即第四层顶板为一块实心混凝土整板，将上部二十四层结构荷载过渡转换到板下框架体系。转换层标高17.1-19.1 m,板厚2.0 m,柱顶局部板厚2.4 m，转换层面积740 m²,板内上下各两层设纵横双向Ф32、＠200×200钢筋网片；中间又有两层Ф22、＠200×200钢筋网片；网片间＠600×600设Ф22立筋，混凝土总量1640 m³,混凝土采用C50的商品混凝土。板下框架柱网尺寸：8.7 m×8.9 m-8.4 m×12 m不等。

3  大体积混凝土施工

　　转换板按施工组织设计分两层浇筑，2 m厚C50混凝土转换板分二次浇筑，第一层先浇0.8 m厚，等它达到90%设计强度后，再浇第二层1.2 m厚混凝土。该结构符合有关规定：“结构断面最小尺寸在0.8 m厚以上、水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计超过25 ℃的混凝土，称为大体积混凝土”。

　　该工程转换层混凝土的施工在九月中旬，日平均温度在21 ℃左右，混凝土最高温度的峰值一般出现在混凝土浇筑后的第三天，对混凝土浇筑后的内部最高温度与气温温差要控制在25 ℃内，以免因温差和混凝土的收缩产生裂缝。我们对混凝土质量控制指标提出如下要求：（1）采用水化热低的矿渣水泥；（2）掺入适量的1级粉煤灰；（3）混凝土在满足泵送要求的坍落度的前提下，最大限度控制水灰比；（4）掺AEA微膨胀剂。由于使用的是商品混凝土，厂家采用散装硅酸盐水泥，而且贵州没有1级粉煤灰，因此，只能满足以上（3）、（4）条要求。这样对解决混凝土早期温度应力和后期收缩应力问题并控制混凝土裂缝的产生提出了更高的技术要求。对此采取了以下混凝土裂缝控制措施。

1.混凝土温度的计算

　　水泥水化热引起的混凝土内部实际最高温度与混凝土的绝热温升有关。

　　①混凝土的绝热温升：T=W×Q₀×（1-e^-mt）/（C×r）

　　式中：T—混凝土的绝热温升（℃）

　　　　　W—每m³混凝土的水泥用量（kg/m³），取530 kg/m³

　　　　　Q₀—每公斤水泥28天的累计水化热，查《大体积混凝土施工》P₁₄表2-1，Q₀=460240 J/kg

　　　　　C—混凝土比热993.7 J/(kg·K⁰)

　　　　　R—混凝土容重2400 kg/m³

　　　　　t—混凝土龄期（天）

　　　　　m—常数，与水泥品种、浇筑时温度有关

　　混凝土最高绝热温升：T_max=530×460240/(993.7×2400)=102.28（℃）

　　②混凝土中心温度：T_h=T_j+T_max×ζ

　　式中：T_h—混凝土中心温度          

　　　　　T_j—混凝土浇筑温度（℃）

　　　　　ζ—不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，对1 m厚混凝土3天时ζ=0.36

　　③混凝土浇筑温度:T_j=T_C+(T_P+T_C)×(A₁+A₂+A₃+......+A_n)

　　式中：T_C—混凝土拌合温度（它与各种材料比热及初温度有关），按多次测量资料，有日照时混凝土拌合温度比当时温度高5-7 ℃，无日照时混凝土拌合温度比当时温度高2-3 ℃，我们按3 ℃计。

　　T_P—混凝土浇筑时的室外温度（九月中旬，室外平均温度以21 ℃计）

　　A₁+A₂+A₃+......+A_n—温度损失系数，查《大体积混凝土施工》P33表3-4得：

　　A₁—混凝土装卸，每次A=0.032(装车、出料二次数)

　　A₂—混凝土运输时，A=Q×t

　　式中：Q为6 m³滚动式搅拌车其温升0.0042，混凝土泵送不计。

　　　　　t为运输时间（以分钟计算），从商品混凝土公司到工地约30分钟。

　　　　　A₃—浇筑过程中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 ℃

　　则混凝土内部中心温度:T_h=T_j+T_max×ζ=29.31+102.28×0.36 =66.13（℃）

　　从混凝土温度计算得知,在混凝土浇筑后第三天混凝土内部实际温升为66 ℃,比当时室外温度(21 ℃)高出45 ℃,必须采用相应的措施,防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝。

2.温度应力计算

　　计算温度应力的假定：

　　①混凝土等级为C₅₀，水泥用量较大530 kg/m³；

　　②混凝土配筋率较高，对控制裂缝有利；

　　③底模对混凝土的约束可不考虑；

　　④几何尺寸不算太大，水化热温升快，散热也快。

　　因此，降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素。先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σ_max是否超过当时厚板的极限抗拉强度R_c.采用公式；

σ_max=EaT[1-1/(coshβL/2)])s

　　式中：

　　E—混凝土各龄期时对应的弹性模量E_t=E_c（1-e^-0.9t）

　　式中:e=2.718自然对数的底;

　　　　t-混凝土龄期（天数）

　　　　E_c—混凝土28天时C₅₀的弹性模量E_t=3.5×10⁵ MPa（《大体积混凝土施工》P26表2-13查得）

　　　　a—混凝土的线膨胀系数1.0×10^-5

　　　　L—结构长度，本工程厚板长度L=44 m（取长度）。

　　　　T—结构计算温度：前面已述该厚板最大绝热温升T_max=102.26 ℃

　　实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T₃=T_max×ζ=102.26 ℃×0.36=36.82 ℃

　　coshβ—是双曲余弦函数

　　　H—结构厚度，本工程厚板厚度 H=0.8,H/L=0.8/44=0.018≤0.2,符合计算假设。

　　　C_x—混凝土板与支承面间滑动阻力系数，对竹胶模板，比较砂质土的阻力系数考虑，取C_x=30 N/mm².

　　　S—混凝土应力松弛系数，由“高层建筑基础工程施工”7-2表查得各龄期的S值。

　　参照“大体积混凝土施工”，根据以上公式、代入本工程相应数据，算得σ_max=1.18 MPa≤1.89 MPa(该混凝土30天龄期时的抗拉强度,由“混凝土结构设计规范”表4.1.4查得),由此可知,不会因降温时混凝土收缩而引起收缩裂缝。

3.配制混凝土时，采取双掺技术

　　①掺高效减水剂，使混凝土缓凝，要求混凝土初凝时间大于9小时，以推迟水泥水化热峰值的出现，使混凝土表面温度梯度减少。

　　②加AEA微膨胀剂（掺量为水泥用量的10%），以补偿混凝土的收缩。

　　③保证混凝土浇筑速度，不产生人为冷缩。

　　④设加强带，在加强带处微膨胀剂掺量增加为14%.

4.保温、保湿及补偿措施

　　根据气象预报，拟浇筑三天后的平均气温为21 ℃.为防止因混凝土内外温差超过25 ℃而开裂，经研究、比较，在不可能降低水泥用量、掺粉煤灰及选用矿渣水泥的条件下，我们采取下列保温、保湿等保养措施。

　　①底模：除因模板支撑结构需要，满铺100×50×2000 mm³木枋外，在木模板上满铺一层塑料薄膜，再铺一层竹胶板。在浇筑前三天，浇水湿透。

　　②在三层与转换板之间，凡无剪力墙部位，四周用塑料编织布作围护，使板下形成一温棚，以减少空气流动，达到保温作用。

　　③在浇筑混凝土表面12小时后，加塑料薄膜一层、麻袋二层覆盖。

　　④设温度测试点，在有代表性的位置设测温点，随时了解混凝土浇筑后（特别是第二天）开始升、降温情况，随时准备增、减覆盖物。

　　⑤加强对混凝土的保养，不断观察混凝土保湿状况，定时浇水保湿。

　　在浇筑第二层1.2 m厚混凝土时,已为12月中旬，气温在5 ℃左右,浇筑3天后混凝土内部温度可达56 ℃,更要加强保温保湿措施。

　　考虑到第一层混凝土板对上面第二层温度变形的约束，除认真控制混凝土内外温差外，该板结构设计在1.2 m厚板下400 mm处设一层Ф22＠200×200的钢筋网片，以防上层混凝土变形时把下层混凝土拉裂。

5.温度测试

　　本工程采用北京建筑技术发展中心生产的建筑电子测温仪测温。两次浇筑分别设了10个和7个测温断面，每个测温断面分别在上、中、下及覆盖层下埋设测温传感器，在浇筑混凝土后的5天内，每2小时测读一次温度，同时监测气温。实测结果与理论计算对比如下(中间断面点)：

　　从比较表中看出，理论计算与实测数据十分接近，可以作为以后制定保温保湿措施的依据。

4  结束语

　　大体积混凝土板施工的关键是防止混凝土开裂。

　　在不可能掺粉煤灰和不允许减少水泥用量的条件下，由于运用裂缝温度控制理论，找到影响裂缝的主要原因，采取有效措施，本工程转换板C50大体积混凝土施工，经质监部门验收，未出现裂缝，施工质量优良。工程已竣工多年，经过多年实践证明，转换板没有发生裂缝，保证了工程质量。

参考文献：

［1］ 叶琳昌，沈义.大体积混凝土施工［M］.北京：中国建筑出版社，1987.

［2］ 赵志缙.高层建筑基础工程施工［M］.北京：中国建筑出版社，1986.

［3］ 徐仁祥.建筑施工手册第四册，第三版［M］.北京：中国建筑出版社，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