大体积混凝土施工中温度裂缝的分析和预防控制

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一、工程概况： 
    上海绿洲中环中心为一多功能的大型综合建筑物。该工程由1、2号办公楼(31层)；4、5号商务楼(5层)、8、9号商业步行街(3层)、7号综合楼(12层)共7幢单体及公建地下2层车库组成，占地面积7.77万平方米，总建筑面积约18.36万平方米。 
    该项目公建地下车库大地板面积约为3.14万平方米，按照温度和沉降后浇带划分为14个浇筑区段，底板厚度1、2号楼为2.4米，7号楼为1.4米，车库Ⅱ区为0.8米，其他均为1.0米。由此可见，本工程底板混凝土属大体积混凝土。 
    在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的影响是不容忽视的。因此在本工程施工前对这一问题相当重视，在组织方案设计和日后的施工中都采取了很多措施；下面就裂缝产生的原因和相应的预防控制措施进行阐述。 
    二、裂缝的原因 
    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，由于受到基础或老混凝土的约束，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。 
    许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。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。混凝土是一种脆性材料，由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素砼内或钢筋砼的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化对于进行合理的结构设计和施工极为重要。  
    三、控制大体积混凝土温度裂缝措施 
    1、合理选择水泥品种：为了降低水化热，宜选用中热或低热水泥。一般选用低热矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥。 
    2、合理选用粗细骨料： 
    石子规格宜优选用自然连续极配的粗骨料配制混凝土。 
    细骨料以中粗砂为宜。依据有关试验资料表明，采用中、粗砂比采用细砂，每立方米混凝土可减少水量20-28kg，水泥用量相应减少28-35kg。这样就降低了混凝土的温升和收缩性，提高了混凝土的强度等级。 
    合理选用外加剂(料)。在混凝土施工中加入适量的外加剂，不仅可以改善混凝土的和易性，减少水泥用量，减少混凝土的温升，还可以降低水化热释放的速度，延缓水化热的时间。如在泵送混凝土中掺入水泥重量的0.25%的木质素磺酸钙减水剂，不仅能使混凝土的和易性有明显的改善，同时减少了10%左右的水用量，节约10%左右的水泥，从而降低了水化热。 
    3、大体积混凝土施工技术措施 
    大体积混凝土工程施工前，对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的最高温度、温度收缩应力进行验算，以确定各施工阶段混凝土的浇筑温度、内表温差、降温速度及温度陡降等控制指标，制定相应的技术措施，包括混凝土原材料的选择，混凝土搅拌运输过程中的降温措施，保温养护措施、温度监控方法等。合理控制混凝土出机温度和浇筑温度。合理选择混凝土浇筑方案。大体积混凝土的浇筑方法一般采用分层连续浇筑或分段分层踏步式推进的浇筑方法。施工时，应根据混凝土的初凝时间、混凝土供应能力等来确定。一般情况下，应尽量采用分层连续浇筑，其优点是便于振捣，易保证混凝土的浇筑质量，可利用混凝土层面散热，对降低大体积混凝土浇筑块的温升有利。本工程中采用斜向分层振捣法。混凝土的表面泌水处理。流动性的混凝土在浇筑、振捣过程中，上涌的泌水和浮浆会顺混凝土自然坡面流到坑底。在混凝土垫层施工时，应预先沿横向做成一定的坡度，使施工中的大量泌水能顺垫层坡度排出坑外。当混凝土的坡脚接近底板面标高时，应改变混凝土浇筑方向，由端部往回浇筑，与原斜面形成一积水坑，用塑料软管及时排除泌水。混凝土的表面处理。大体积泵送混凝土由于强度等级高，表面水泥浆较厚，在混凝土浇筑结束后至初凝前，应派专人负责按初步标高用长刮尺拽平，用木蟹打磨压实，再用铁抹刀抹光闭合收水裂缝，保证混凝土内实外光。 
    4、加强混凝土的养护和温度监测 
    混凝土养护是保证混凝土质量一道十分重要工序，必须认真切实做好。本工程采用自然养护，即在混凝土表面盖薄膜或草、麻袋，保证混凝土表面充分潮湿。大体积混凝土养护过程中，应对混凝土浇筑块体的内表温度、顶面及底面温度，室外气温进行监测。根据监测结果对养护措施做出相应的调整，确保温控指标的要求。施工中，常用混凝土温度测定仪实行24h监控，监控期一般为15d，测温时应做好记录。 
    此外如工期需要在高温下浇筑，可要求商品混凝土搅拌站采取加冰措施，可有效降低混凝土的拌和温度，根据国内外经验加冰率一般控制在25%-75%之间。在浇筑过程中安排技术好、责任心强的钢筋工、木工跟班，对现场随时可能出现的情况(如钢筋发生移位、保护层不到位等)进行妥善的处理。最后适当延长底板的养护和拆模时间，可延缓降湿和降温的时间和速度，减少混凝土内外温差，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。 
    四、结束语 
    以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨，本工程中大体积混凝土的裂缝的控制非常成功。在工程中多分析，多采取些预防措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的，或者说控制在安全的范围内是完全可以做到的。