建筑工程大體積混凝土施工裂縫控制方法探索

發布日期：2015-06-23來源：本站編輯：張瑞晨

[摘要]何為大體積混凝土？據筆者所知，目前國內尚無統一的定義。對此，國內外的有關專家和學者可謂仁者見仁、智者見智。

　　何為大體積混凝土?據筆者所知，目前國內尚無統一的定義。對此，國內外的有關專家和學者可謂仁者見仁、智者見智。如美國混凝土學會(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”;日本建筑學會標準(JASS5)將其定義為“結構斷面最小尺寸在800㎜以上，水化熱引起混凝土內的最高溫度與外界氣溫之差，預計超過25℃的混凝土”;從我國有關用于指導操作的規范和手冊規定看，大多將其定義為：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土。基于前述對大體積混凝土的不同理解，在此，筆者僅就我國目前有關專家和學者認可的大體積混凝土工程施工裂縫的控制談談自己的粗淺看法，以期能對同行更好的保證施工過程中的質量有所啟發或幫助。

　　一、工程特點與比較分析

　　在高樓林立的現代建筑市場，人們時常會涉及諸如以“混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的大體積混凝土”施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩工程施工等。這類工程的特點是體量大，一般實體最小尺寸大于或等于1m的表面系數比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內部溫升比較快。尤其是在混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度裂縫，由此影響工程的結構安全和正常使用。這類大體積混凝土與普通混凝土的區別表面上看是厚度不同，但其實質的區別是由于混凝土中水泥水化要產生熱量，大體積混凝土內部的熱量不如表面的熱量散失得快，由此造成的內外溫差過大，其所產生的溫度應力隨時可能會使混凝土開裂。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、強度等級、每立方米水泥用量等因素。從實踐看，比較可行的方法是通過計算水泥水化熱所引起的混凝土的溫升值與環境溫度的差值大小來判別。一般來說，當其差值小于25℃時，其所產生的溫度應力將會小于混凝土本身的抗拉強度，不會造成混凝土的開裂;當差值大于25℃時，其所產生的溫度應力有可能大于混凝土本身的抗拉強度，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是體積大，一般實體最小尺寸處在大于或等于1m區間，加之它的表面系數較小，水泥水化熱釋放較集中，內部溫升較快，在混凝土內外溫差較大時，難免會使混凝土產生溫度裂縫。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，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，水泥發生的熱量聚集在結構內部不易散失，以至于越積越高，使內外溫差增大。(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隨著外界氣溫變化而變化，特別是當氣溫驟降時會大大增加內外層混凝土溫差，如果不及時采取溫度控制措施，難免會因混凝土內外溫差引起的溫度應力導致裂縫現象的產生。(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部水蒸發引起混凝土收縮，干濕交替自然會引起混凝土體積的交替變化，進而影響混凝土的澆筑質量。因此，在施工大體積混凝土過程中，必須嚴守材料選擇和技術措施等操作要求。一是要認真做好澆筑前的準備。如在商品混凝土供應商的選擇上嚴把材料選擇和混凝土配合比關，要對構成混凝土的水泥、粗骨料、細骨料、粉煤灰和外加劑等成分在簽訂合同時進行明確約定，并在使用時取樣送檢。二是在澆筑時要采取保證措施。如在編制澆筑方案時采取全面分層、分段分層和斜面分層等辦法，除應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完畢外，還應考慮結構大小、鋼筋疏密、預埋管道和地腳螺栓的留設、混凝土供應情況以及水化熱等因素的影響。

　　三、存在問題與實踐探索

　　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，一項工程的基礎和結構的質量如何，對該工程的作用和影響都是致命性的。而混凝土的澆筑，既是基礎的基礎，也是結構部分的關鍵。因此，針對混凝土澆筑施工不慎引發的裂縫等質量問題，筆者從自己多年從事建筑工程施工和管理的實踐出發，結合具體工程施工所遇到的問題談談其控制措施，以期能收到拋磚引玉的效果。

　　(一)理論基礎檢索。從理論上講，盡管目前國內對什么是大體積混凝土尚無明確定義，同時國外的定義也不盡相同。如日本建筑學會標準(JASS5)規定：“結構斷面最小厚度在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內部的最高溫度與外界氣溫之差預計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”。美國混凝土學會(ACI)規定：“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截面尺寸的大小決定的，而是由是否會產生水化熱引起的溫度收縮應力來定性的，但水化熱的大小又與截面尺寸有關。這難怪，我國的有關專家學者會這樣認為：一般來說，基礎底板混凝土最小尺寸≥600～750㎜，架空板結構最小尺寸≥800～1000㎜，水化熱引起混凝土內的最高溫度與外界氣溫之差，預計超過25℃的混凝土可稱為大體積混凝土。

　　(二)存在問題剖析。從實踐來看，由于對大體積混凝土沒有統一定義，以截面尺寸來簡單判斷是否是大體積混凝土的現象比較常見，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到80cm(或1m)，但也不屬于大體積混凝土的范疇，業主卻要求施工單位按大體積混凝土標準施工，由此造成不必要的浪費;有些工程雖然厚度未達到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標準施工，由此造成結構裂縫，結果采取種種措施加以補救又造成額外費用。事實上，大體積混凝土不僅因為結構厚實、混凝土量大、工程條件復雜(一般都是地下現澆鋼筋混凝土結構)、施工技術要求高、水泥水化熱較大(預計超過25度)而易使結構物產生溫度變形。同時，由于平面尺寸過大，約束作用所產生的溫度力也愈大，如采取控制溫度措施不當，在溫度應力超過混凝土所能承受的拉力極限值時也易產生裂縫。

　　(三)控制方法探索。就操作而論，不僅高層建筑的箱形基礎或片筏基礎有厚度較大的鋼筋混凝土底板和樁基礎大多存在厚大的承臺，而且不少厚大結構轉換層樓板和大梁也屬大體積鋼筋混凝土結構。同時，隨著建設主管部門和購房者對建筑工程質量及其抗震級數要求的越來越高，一般建筑工程也經常會涉及到不同程度的大體積混凝土施工。因此，對大體積混凝土的判別標準，截面尺寸僅僅是一個方面，還應充分考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素，并通過計算水泥水化熱所引起的混凝土的溫升值與環境溫度的差值大小來判別。一般來說，按照“當其差值小于25℃時，其所產生的溫度應力將會小于混凝土本身的抗拉強度，不會造成混凝土的開裂;當差值大于25℃時，其所產生的溫度應力有可能大于混凝土本身的抗拉強度，容易造成混凝土的開裂”的規律，凡是在有混凝土施工的情況下，均應從如何有效確保工程質量出發盡可能考慮選擇大體積混凝土施工方案。

　　(四)應用效果總結。自20世紀90年代初以來，筆者曾先后參與和獨立負責過煤礦洗選廠、鐵路集運站和多棟高層房屋建筑工程的施工及其管理，并總結出了不少能有效預防大體積混凝土施工裂縫等影響工程質量的施工方法。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㎡，其基礎形式為人工挖孔樁，核心筒體下為筏板基礎，平面尺寸約為15*12m，筏板厚度2.5m，混凝土強度C40，總方量為470m3(屬大體積高標號混凝土施工)。基礎筏板共設三層鋼筋網，上下層鋼筋為Φ25，雙向間距100mm;中間層鋼筋為Φ16，雙向間距150mm(整個筏板基礎含鋼量大)。該工程以工程質量好和社會信譽高獲重慶“巴渝杯”優質工程獎。

　　施工前：為有效確保整個混凝土澆筑質量控制到位，我們根據各項預測條件，對大體積混凝土了進行模擬驗算，驗算結果為混凝土入模溫度27℃，最高溫度計Tmax=71℃，混凝土中心最高溫度73℃。要使混凝土內外溫差保持在25℃以內，即保持混凝土表面48℃的高溫(澆注時間為六月初，環境溫度20-25℃，經過計算保溫材料必須要加二層草袋及一層塑料薄膜)。為了降低混凝土內部溫度，減少結構內外溫差，同時防止意外情況發生，經對混凝土配比進行試配和優化，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測和強度分析，澆筑混凝土時在筏板基礎中留設足夠的測溫孔，測溫從澆筑完后10小時開始，每4小時測一次，并隨時根據測溫數據進行分析，及時掌握“升溫階段”(由于混凝土水化熱產生熱量，溫度從混凝土澆灌入模開始升溫，在澆筑完36小時后開始出現溫度峰值，從數據上看，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℃，為緩慢平穩降溫趨勢)的變化情況，由此為有效確保混凝土溫度變化符合常規的拋物線，至測溫工作結束時整個混凝土表面未出現裂縫提供了保證。

　　控制法：為使筏板混凝土不致因溫度應力而產生表面貫穿性裂縫，施工中除對配合比進行優化和采取保溫保濕養護外，要想使混凝土內部溫差控制在25℃以內(混凝土內部最高度達到65-68℃)，其表面溫度必須達到40-43℃。而當時環境平均溫度為23℃，混凝土表面與環境溫差為17-20℃。為有效破解這一難題，現場施工時通過采取合理利用草袋和薄膜及其進行人工養護等保溫措施，由此確保了混凝土溫度與環境溫度保持25℃溫差的控制效果實現。其主要作法為：一是注意澆搗質量。整個筏板澆搗通過采用一次性澆筑、薄層覆蓋、分層搗實的施工方法，避免了施工冷縫的產生。二是降低混凝水熱。在澆灌混凝土前，通過預設集水坑和及時排除大流動性混凝土澆筑過程中產生的沁水，有效防止了混凝土因含水量過大和浮漿過多而發生干裂的可能。三是預埋降溫水管。通過在混凝土內部預埋降溫水管，注入冷卻循環水，以降低混凝土內部溫度。即通過在混凝土內埋中心距為1.5m的25mm的水管，并根據實際測溫結果調節水的流量控制內部降溫。四是搞好表面處理。針對泵送混凝土浮漿多的特點，在澆注后2-3小時內將混凝土表面用木抹板反復搓抹數遍使其表面密實，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，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 一級建造師、全國優秀項目經理

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