建筑工程大體積混凝土施工裂縫控制措施研究

陳劍鋒

廣東中創(chuàng)建設(shè)有限公司

建筑工程大體積混凝土施工裂縫控制措施研究

陳劍鋒

廣東中創(chuàng)建設(shè)有限公司

大體積混凝土是現(xiàn)代建筑工程最常用的一種施工技術(shù)，但其施工難度也相當(dāng)高，稍有不慎便會(huì)出現(xiàn)裂縫，從而危及整項(xiàng)工程的結(jié)構(gòu)安全。據(jù)此，本文結(jié)合東源縣新安小區(qū)公租房1-3號(hào)工程施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探討建筑工程大體積混凝土施工裂縫的成因與控制。

建筑工程；大體積混凝土；裂縫控制

1 引言

東源縣新安小區(qū)公租房1-3號(hào)工程地下1層、地上9層，建筑總面積11678m2。該建筑采用框架結(jié)構(gòu)，地下底板混凝土標(biāo)號(hào)是C40及其抗?jié)B等級(jí)0.8MPa。該工程的建設(shè)工期從開工到駿工驗(yàn)收，筆者首先分析建筑工程大體積混凝土施工裂縫的成因，然后再進(jìn)一步提出控制措施。

2 大體積混凝土施工裂縫的成因

建筑工程大體積混凝土施工產(chǎn)生裂縫的原因較為復(fù)雜。其中，從澆筑到混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)期間產(chǎn)生的裂縫主要由水泥水化熱引起溫度變化所致，即：在水泥水化放熱過(guò)程中，混凝土強(qiáng)度隨著時(shí)間的推進(jìn)而增強(qiáng)，但水泥水化反應(yīng)具有不均衡性，早期較快、后期緩慢；混凝土不斷與四周環(huán)境進(jìn)行熱交換。據(jù)此，混凝土溫度在齡期增長(zhǎng)期間處在動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)下，見圖1。

圖1 大體積混凝土的溫度變化圖

結(jié)合圖1，在大體積混凝土澆筑后，水化反應(yīng)放出的熱量較大，引起溫度升高。但混凝土的傳導(dǎo)性差，且大體積混凝土的結(jié)構(gòu)界面大，則結(jié)構(gòu)內(nèi)部水化散發(fā)明顯比外部慢，繼而導(dǎo)致內(nèi)部溫度比外部高。同時(shí)，大體積混凝土內(nèi)部的膨脹速度比表面快，如此便會(huì)在中心區(qū)與表面形成相互作用力，其會(huì)約束中心區(qū)膨脹及表面收縮。在這一情況下，大體積混凝土不會(huì)在中心區(qū)出現(xiàn)裂縫，而當(dāng)其表面拉應(yīng)力比極限抗拉強(qiáng)度大時(shí)，便會(huì)在表面出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土在升溫階段逐漸收縮，而若其內(nèi)部與表面的溫差超過(guò)一定限值時(shí)，便會(huì)在表面出現(xiàn)裂縫；而若混凝土在收縮過(guò)程的拉應(yīng)力比抗拉強(qiáng)度大時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)貫穿裂縫。

綜上，建筑工程大體積混凝土的施工裂縫是由約束收縮引起的拉應(yīng)力所致，即在拉應(yīng)力比極限抗拉強(qiáng)度大時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)裂縫。據(jù)此，可將大體積混凝土施工裂縫的影響因素分成冷縮、干縮及約束條件。其中，干縮變形由混凝土的自由水蒸發(fā)所致，且水泥強(qiáng)度等級(jí)、骨料種類及混凝土水灰比、振搗的密實(shí)性、養(yǎng)生方法等都會(huì)影響到混凝土的收縮變形；冷縮變形由混凝土溫度的變化所致，而混凝土溫度的變化又受到絕熱、澆筑及散熱溫度的影響。

3 大體積混凝土施工裂縫的控制

為了防止建筑工程大體積混凝土施工出現(xiàn)裂縫，筆者建議從控制溫度變形、增強(qiáng)混凝土抗拉強(qiáng)度入手進(jìn)行裂縫控制，具體如下：

3.1 控制溫度變形

3.1.1 選用水化熱低的水泥

鑒于水泥水化熱與混凝土內(nèi)的礦物成分及其摻量有關(guān)，則建議在大體積混凝土中使用中熱硅酸鹽水泥及低熱礦渣水泥，以控制水化熱的溫升及混凝土體積變形，注意盡量不使用硅酸鹽水泥或早強(qiáng)型水泥。

3.1.2 減少水泥用量

水泥水化熱是引起大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度變形的主因，而減少水泥用量是控制水泥水化熱的關(guān)鍵，具體要點(diǎn)包括：一是在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，降低混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，從而減少水泥用量；二是適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的設(shè)計(jì)齡期，如90d、180d或365d，據(jù)此換算成28d齡期，便可降低混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度及減少水泥用量；三是選用最大粒徑、級(jí)配優(yōu)良的骨料，從而減少水泥用量；四是摻入粉煤灰來(lái)替代水泥，因?yàn)榉勖夯?d、28d產(chǎn)生的水化熱僅為水泥的1/3和1/2，因此摻入粉煤灰可減少混凝土內(nèi)水泥及水的用量，從而防止混凝土開裂；五是摻入減水劑，如緩凝型減水劑，以抑制水泥產(chǎn)生水化作用。

3.1.3 選用線脹系數(shù)小的骨料

混凝土的線脹系數(shù)是水泥漿、骨料線脹系數(shù)的加權(quán)平均值。在混凝土內(nèi)，骨料的占比＞75%，則選用線脹系數(shù)小的骨料可起到混凝土溫度變形控制的作用。

3.1.4 其他

除了前文談及的內(nèi)容以外，還可采用下列手段來(lái)控制大體積混凝土的溫度變形：一是在冬季或高溫季節(jié)的低溫時(shí)段澆筑混凝土，以降低混凝土在澆筑時(shí)的入模溫度；二是通過(guò)在混凝土內(nèi)預(yù)埋管道或表面流水的冷卻方式降低混凝土的溫度；三是在混凝土表面做好隔熱保護(hù)，以控制表面溫降幅度及縮小內(nèi)、外溫差。

3.2 增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度

對(duì)于如何增強(qiáng)大體積混凝土的抗拉強(qiáng)度，筆者提出下列建議：一是摻入增強(qiáng)劑，比如有機(jī)合成或天然的有機(jī)纖維，碳、玻璃及石棉等無(wú)機(jī)纖維，非晶態(tài)金屬、不銹鋼等金屬纖維，從而增強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度；二是摻入膨脹劑，比如PG硫鋁酸鹽型膨脹劑、UEA膨脹劑等，以使混凝土的體積在硬化過(guò)程膨脹，用以補(bǔ)償冷縮及干縮變形產(chǎn)生的不利影響，從而防止混凝土開裂；三是配置間距密、直徑細(xì)的鋼筋，以增強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗裂能力及控制縫寬。

4 大體積混凝土施工溫度的監(jiān)測(cè)

綜合建筑工程大體積混凝土施工裂縫的成因與控制方案，建議在大體積混凝土施工中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部的溫度變化，以便據(jù)此采取有效的溫控對(duì)策及調(diào)整施工技術(shù)方案。對(duì)于大體積混凝土的溫度監(jiān)測(cè)，通過(guò)在混凝土內(nèi)的不同部位布置康銅熱電偶傳感器、溫度測(cè)定儀進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括混凝土入模溫度、混凝土澆筑與初凝過(guò)程的溫度，并在混凝土內(nèi)外溫差＞25℃或溫度突降10℃以上時(shí)預(yù)警，以便及時(shí)采取溫控對(duì)策，從而避免混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。但在這一過(guò)程中，需明確下列工作要點(diǎn)：

4.1 監(jiān)測(cè)混凝土的入模溫度

在監(jiān)測(cè)混凝土入模溫度時(shí)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)混凝土攪拌前原材料的溫度、澆筑時(shí)天氣的實(shí)時(shí)氣溫及混凝土的入模溫度。

4.2 布置康銅熱電偶傳感器

在案例工程中，大體積混凝土的面積大且其厚度包括4600mm、1000mm及700mm三個(gè)等級(jí)，建議選取厚4600mm的區(qū)域作為核心控制范圍。在這一區(qū)域內(nèi)，共布設(shè)四組測(cè)溫點(diǎn)，且在每一組測(cè)溫點(diǎn)沿厚度豎向布設(shè)上、中、下三個(gè)康銅熱電偶傳感器（見圖2），同時(shí)布設(shè)兩個(gè)水銀溫度計(jì)，用以測(cè)量混凝土表面的氣溫及其覆蓋物下的溫度。

4.3 測(cè)溫時(shí)間的安排

在大體積混凝土澆筑3h后，每間隔2h測(cè)溫一次，24h不間斷及持續(xù)監(jiān)測(cè)7d，具體按溫度實(shí)況延長(zhǎng)或縮短監(jiān)測(cè)天數(shù)。在這一過(guò)程中，要求安排專人負(fù)責(zé)測(cè)溫，期間工作人員應(yīng)詳細(xì)記錄測(cè)溫結(jié)果，并及時(shí)將其報(bào)告至技術(shù)部，以方便技術(shù)部適時(shí)調(diào)整混凝土的養(yǎng)護(hù)方案。在案例工程中，測(cè)溫期限預(yù)定是7d，但從測(cè)溫實(shí)況來(lái)看，混凝土中心區(qū)與覆蓋麻袋內(nèi)、外的溫差在4d后便＜20℃，且基本穩(wěn)定，則為了方便施工，建議將測(cè)溫觀測(cè)期調(diào)至4d。

圖2 測(cè)溫點(diǎn)剖面布置圖

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，大體積混凝土在建筑工程施工中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，其應(yīng)用價(jià)值非常顯著，但控制施工裂縫是關(guān)鍵。在本案，筆者結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從大體積混凝土施工裂縫的成因出發(fā)，提出通過(guò)控制溫度變形、增強(qiáng)混凝土抗拉強(qiáng)度來(lái)控制裂縫。在東源縣新安小區(qū)公租房1-3號(hào)工程中的實(shí)踐表明，文案所示裂縫控制措施是可行的，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。