淺談筏板基礎(chǔ)混凝土裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

張靜華

(衡水建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站,河北 衡水 053000)

在城市建設(shè)高速發(fā)展的今天,高層建筑工程不斷的涌現(xiàn)在各大中城市中,筏板基礎(chǔ)的應(yīng)用也越來越廣泛。但筏板基礎(chǔ)混凝土體積大,混凝土在澆筑和硬化過程中釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫,不僅有損外觀形象,還會(huì)造成鋼筋外露、腐蝕并減小建筑結(jié)構(gòu)抵抗荷載的能力,降低建筑結(jié)構(gòu)的整體性和剛度,成為結(jié)構(gòu)的隱患。

1 筏板基礎(chǔ)混凝土溫度裂縫機(jī)理分析

1.1 水泥水化放熱產(chǎn)生的溫度收縮

水泥水化放熱是筏板基礎(chǔ)大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。水泥水化時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,而大體積混凝土結(jié)構(gòu)物的斷面一般較厚,熱量聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不易散熱,混凝土?xí)蚴軣岫a(chǎn)生較大的體積膨脹。在此后的降溫階段,混凝土體積會(huì)因自身溫度不斷降低而逐漸收縮。此時(shí),筏板受到地基或其他結(jié)構(gòu)物件的約束,這樣就會(huì)在混凝土筏板內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度收縮應(yīng)力。一旦混凝土筏板中的溫度收縮應(yīng)力超過了混凝土當(dāng)時(shí)齡期的拉應(yīng)力強(qiáng)度,就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生貫串整個(gè)截面的裂縫,使結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、整體性、耐久性等性能嚴(yán)重降低,帶來嚴(yán)重后果。另外,筏板基礎(chǔ)混凝土還會(huì)因?yàn)閮?nèi)部散熱慢而溫度較高,表面部分散熱快而溫度低,使混凝土內(nèi)部與表面之間收縮值相差過大,產(chǎn)生過大的表面拉應(yīng)力,從而使混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

1.2 外界氣溫變化的影響

外界氣溫愈高,混凝土的澆注溫度也愈高,而外界溫度下降,又增加了混凝土的降溫幅度,特別是氣溫驟降,會(huì)大大增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度,這對筏板基礎(chǔ)大體積混凝土是極為不利的。

混凝土內(nèi)部的溫度是水化熱的絕熱溫度,澆注溫度和結(jié)構(gòu)物的散熱降溫導(dǎo)致各種溫度的疊加,而溫度應(yīng)力則是由溫差所引起的溫度變形造成的。溫差越大,溫度應(yīng)力也越大。同時(shí),在高溫條件下,大體積混凝土不易散熱,在這種情況下,研究合理的溫度控制措施,防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力,就顯得更為重要。

1.3 內(nèi)外約束條件

約束條件一般可概括為兩類:即外約束和內(nèi)約束。外約束是指結(jié)構(gòu)物的邊界條件,一般指支座或其他外界因素對結(jié)構(gòu)物變形的約束。內(nèi)約束是指較大斷面的結(jié)構(gòu),由于內(nèi)部非均勻的溫度及收縮分布,各質(zhì)點(diǎn)變形不均勻而產(chǎn)生的相互約束。具有大斷面的結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)因斷面尺寸較大,其變形還可能受到其他物體的宏觀約束。建筑工程筏板混凝土產(chǎn)生裂縫的原因,以溫度收縮產(chǎn)生的裂縫為常見,危害也最大。在筏板混凝土施工中,既要防止混凝土的表面裂縫,又要防止混凝土的收縮裂縫。

2 筏板基礎(chǔ)混凝土裂縫控制的力學(xué)分析

2.1 表面裂縫控制的力學(xué)分析

混凝土澆筑初期,水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱,使筏板混凝土的溫度上升很快。但由于混凝土表面散熱條件較好,熱量可向大氣中散發(fā),所以其表面溫度上升較少;而其內(nèi)部由于散熱條件較差,熱量散發(fā)少,這樣其內(nèi)部溫度上升較多。內(nèi)外部由此形成了溫度梯度,結(jié)果在筏板混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,面層上產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),在筏板混凝土的表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

產(chǎn)生裂縫的溫度應(yīng)力包括兩個(gè)主要組成部分:升溫階段,由混凝土中心溫度與混凝土表面溫度之差產(chǎn)生的相對變形受到約束引起的溫度應(yīng)力;降溫階段,由混凝土內(nèi)部從高溫降至環(huán)境溫度時(shí)產(chǎn)生收縮變形受到外約束而引起的溫度應(yīng)力。所以,我們控制筏板混凝土裂縫的一項(xiàng)關(guān)鍵因素是將筏板混凝土表面溫差控制在一定范圍內(nèi),使其由于此原因產(chǎn)生的溫度應(yīng)力小于同齡期混凝土的抗拉強(qiáng)度。根據(jù)現(xiàn)階段的工程實(shí)踐及理論研究,我國《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》把溫差限值確定為25℃。

2.2 收縮裂縫控制的力學(xué)分析

筏板基礎(chǔ)混凝土收縮裂縫產(chǎn)生在混凝土的降溫階段,即當(dāng)混凝土降溫時(shí),由于逐漸散熱而產(chǎn)生收縮,再加上混凝土硬化過程中,由于混凝土內(nèi)部拌和的水化和蒸發(fā),以及膠質(zhì)體的膠凝作用,促使混凝土硬化時(shí)收縮。這兩種收縮由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束,會(huì)產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力(拉應(yīng)力),如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時(shí)齡期的混凝土極限抗拉強(qiáng)度,就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫,它會(huì)貫穿全斷面,成為結(jié)構(gòu)性裂縫,給住宅工程帶來嚴(yán)重危害。

建筑工程筏板基礎(chǔ)的厚度(高度)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸。當(dāng)?shù)装搴穸扰c長度之比小于或等于0.2時(shí),底板在溫度收縮變形變化作用下,離開端部區(qū)域,靠近中部全截面受力較均勻。所以對于這種原因引起的裂縫,在工程實(shí)踐把溫度收縮應(yīng)力控制在小于齡期混凝土的抗拉強(qiáng)度,能收到較好的效果。

3 筏板基礎(chǔ)混凝土裂縫的控制措施

在建筑工程筏板基礎(chǔ)混凝土施工中,溫度與溫度應(yīng)力的發(fā)展規(guī)律對混凝土的裂縫控制是至關(guān)重要的。溫度應(yīng)力的計(jì)算要充分考慮施工條件、環(huán)境溫度、混凝土彈性模量、徐變、干縮及應(yīng)力松弛的影響。

影響筏板基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力因素很多,其中混凝土的配合比、澆注環(huán)境及邊界散熱條件是主要因素,在工程實(shí)際中應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手來控制溫度裂縫。

1)改進(jìn)混凝土配合比,在混凝土中摻入混合材料(如減水劑和粉煤灰等),降低水泥水化熱,減少單位體積水泥用量。

2)在混凝土中加入一定的膨脹劑,利用混凝土的補(bǔ)償收縮原理提高混凝土的抗裂性,這種已“抗”為主,“抗”與“放”相結(jié)合的方法能較好的解決筏板基礎(chǔ)混凝土的裂縫控制問題。

3)降低混凝土的澆注溫度,可以降低混凝土的最高溫度,從而可減少基礎(chǔ)溫度和內(nèi)外溫差。控制澆注溫度應(yīng)盡量避免在高溫季節(jié)施工或采用與骨料預(yù)冷等辦法降低入模溫度。

4)改善邊界散熱條件和約束條件,采取保溫保濕的養(yǎng)護(hù)措施,不使表面混凝土散熱太快,使混凝土表面保持較高的溫度,降低混凝土的內(nèi)外溫差。

綜上所述,建筑工程混凝土筏板基礎(chǔ)裂縫主要是前述兩方面的原因,在工程實(shí)際中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范規(guī)程,消除此類問題,保證工程質(zhì)量。

[1]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[2]GB 50204-2002,混凝土施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]GB 50119-2003,混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].