大体积混凝土的施工及裂缝原因分析-建筑设计论文

大体积混凝土的施工及裂缝原因分析
李连勇
[摘要] 对大体积混凝土的施工及裂缝的产生进行了分析和讨论，并提出相应的施工控制方法
[关键词] 大体积混凝土裂缝降温原材料控制
某工程位于郑州市未来大道与107国道交叉口，该工程主楼4栋25层建筑，地下室一层，建筑面积114657.45㎡。结构形式为框剪结构，结构按抗震七度设防，结构抗震等级二级，主楼筏板底标高-6.300m，顶标高为-4.300m，筏板厚度2.00m，裙房为有梁式筏板基础，筏板底标高-4.800m，顶标高-4.300m，筏板厚度0.50m，混凝土强度等级为C40，抗渗等级S8，内掺UEA12%。
1．施工方案
1.1 为保证建筑物的均匀沉降，在主楼与裙房之间设置沉降缝，沉降缝的浇筑待主楼主体封顶1个月后再行浇注。施工步骤可采用先主楼后裙房的施工方法。
1.2 主楼底板分两层浇筑，每层约1米左右，裙房要一次浇筑。为降低因水泥水化热引起的温度升高，在承台中心水平位置埋设Ф50冷却散热管，距承台底300mm至承台表面向上100mm埋设Ф50垂直散热管，间隔6m双向分布，即采用内散外蓄综合养护措施降低大体积混凝土的温升值。
1.3 采用合理的配合比来减少水化热。
1.4 为掌握混凝土内部的温度，采用电藕测温法，电藕测温探头分上、中、下三层布置，上、下两点应距混凝土面200mm为宜，中间点的布置应位于混凝土的中央部位。
2．保证大体积混凝土质量的措施
2.1材料选择
2.1.1选择合适水泥
选用安定性好，强度较高的42.5级普通硅酸盐水泥，进场水泥必须具有出厂质量证明且经过抽样复试合格并有复试报告，在满足设计强度要求的前提下，尽量减少水泥用量，以减少水泥水化热，降低温升值，将42.5水泥用量控制在380kg／m3。
2.1.2掺外加剂，控制水灰比
混凝土中掺加水泥用量4％的复合液，复合液中的糖钙能提高混凝土的和易性，使用水量减少20％左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延长到5h左右。
2.1.3严格控制骨料级配和合泥量
选用10～40mm连续级配碎石，细度模数2.80～3.00的中砂。砂、石含泥量控制在1％以内。
2.2 优选混凝土施工配合比
根据设计强度及泵送混凝土坍落度的要求，经试配优选，确定混凝土配合比如下：采用42.5级普通硅酸盐水泥时为水：水泥：砂：碎石：复合液：0．50：1：2：2．77：0．04，坍落度15～18cm。
2.3现场准备
2.3.1 设备准备
设备配置要确保100 m3／小时的混凝土浇筑量，搅拌站的规模要达到120m3／小时的产量。配备两台60m3／小时输送量的输送泵、塔吊及其他设备。
2.3.2材料准备
根据本次混凝土的浇注量，砂、石、水泥、外加剂的储量要能满足本次浇注的需要，或者能确保原材料的正常供应，保证施工中间不间断，以免影响混凝土的浇筑质量。
2.3.3劳动力的准备
施工人员分两大班工作制作业。每班交接班工作提前半小时完成，人不到岗不准换班，并明确接班注意事项，以免交接班过程带来质量隐患。
2.3.4加强技术准备
加强原材料的检验、试验工作。施工中严格按照方案及交底的要求指导施工，明确分工，责任到人。加强计量监测工作，定时检查并做好详细记录，认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝，并采取措施加以杜绝。
2.4混凝土的搅拌
2.4.1 混凝土拌和严格按照试验室出具的配合比通知单要求进行配料，采用电子计量，并设专人检查，砂石误差±3%以内，水泥、水、外加剂误差±2%以内，外加剂采用外掺法，并设专人负责，严格计量。
2.4.2 为保证混凝土的匀质性，每机拌和时间自全部拌合料装入搅拌桶内起到卸料止不少于2～3min。
2.4.3 严格控制混凝土的坍落度，为满足混凝土的可泵性，坍落度应控制在15～18cm之间。
2.5 混凝土的浇筑
2.5.1由于底板混凝土浇筑量大，要求每小时供应混凝土不小于100m³，以保证混凝土浇筑的连续性，避免出现施工缝，混凝土浇注采用全面分层（分两层，每层厚度约1m），逐层浇筑，自东向西沿长方向推进浇筑。每层混凝土浇筑宽度B≤6m。
2.5.2 混凝土振捣时，作到“快插慢拔”，在振捣过程中将振动棒略有抽动，以使上下层振捣均匀。每台输送泵配备5条振动棒依次推进，振捣上层混凝土要在下层混凝土尚未凝结以前进行，并且震动棒插入下层混凝土5cm左右，消除混凝土两层之间的接缝。
2.5.3 混凝土震动棒插点要均匀布置，采用“梅花式”的次序移动，为避免漏振，每次移动位置间距不得大于震动棒作用半径的1.5倍，震动棒距模板边距离不应大于其作用半径的0.5倍。
2.5.4 震动棒每个插点振捣时间一般以20～30s为宜，视混凝土表面不再显著下沉，不再产生气泡，表面泛出浆为止，浇筑时如出现泌水现象，应及时将多余的水排除。
2.5.5 混凝土振捣时，要防止震动棒震动模板，并尽量避免碰撞钢筋、管道、预埋件等，每振完一段，随即用刮杠刮平，用木搓拍实，同时掌握好时间用木搓再压1～2遍，以消除因混凝土早期干缩而产生裂缝。
2.5.6 在混凝土浇筑过程中，应经常检查模板及后浇带处的埋件及止水带是否变形移位。若有应及时采取措施进行处理并在已浇铸混凝土凝结以前修好，合格后才能继续浇注此处混凝土。
2.6 加强混凝土的养护及测温工作
2.6.1 采用蓄水法保温养护，蓄水深度19cm以上。为保证冷却水温度控制可靠、流量调节方便并节约用水，循环水管的一端接至用于地坑降水的Ф150总排水管，另一端接至承台面，使冷却水与养护循环往复，有效地控制内外温差。
2.6.2 为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，采用电藕测温法，电藕测温探头分上、中、下三层布置，上、下两点应距混凝土面200mm为宜，中间点的布置应位于混凝土的中央部位。第l～5天每2h测温1次，第6d后每4h测温1次，测至温度稳定为止。
2.7混凝土裂缝的原因分析
混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。
2.8温度的控制和防止裂缝的措施
2.8.1为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施如下：
（1）采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；
（2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；
（3）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；
（4）在混凝土中埋设水管，通入冷水降温；
（5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；
（6）施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施；
2.8.2 改善约束条件的措施是：
（1）合理地分缝分块；
（2）避免基础过大起伏；
（3）合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；
2.9混凝土的早期养护
混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：
2.9.1防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。
2.9.2防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。
2.9.3防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。
混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。适宜的温湿度条件是相互关联的。混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。从理论上分析，新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或妨碍水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。
3 结论
3.1 采用内散外蓄综合养护措施，可有效降低混凝土的温升值，且可大大缩短养护周期，对于超厚大体积混凝土施工尤其适用。
3.2 大体积混凝土采用泵送工艺，泵送过程中，常会发生输送管堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要。须合理选择泵送压力，泵管直径，输送管线布置应合理。泵管上须遮盖湿麻袋，并经常淋水散热。混凝上中的砂石要有良好的级配，碎石最大粒径与输送管径之比宜为1：3，砂率宜在40～45％间，水灰比宜在0.5～0.55之间，坍落度宜在15～18cm间。
3.3 由于大体积混凝土承台连续浇筑，故浇筑现场须设防雨棚，并在基坑四周，设置盲沟和集水井。

参考资料：
《地下防水工程技术规范》（GB50108—2001）中国计划出版社 2001.11.1
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）中国建筑工业出版社 2002.7
《建筑施工手册》（第四版），中国建筑工业出版社 2004年
《工程结构裂缝控制》王铁梦，中国建筑工业出版社 2000年