探析大体积混凝土防裂施工技术

　　1　前言

　　人防工程是一种有防护要求的特殊地下建筑，其建设质量管理是以保证工程质量、保证人民生命财产安全为宗旨。人防工程地下室底板、顶板、墙体皆采用大体积混凝土。据调查统计发现，大体积混凝土出现裂缝相当普遍，其中地下室底板混凝土出现裂缝占调查总数的20%左右，外墙混凝土出现裂缝占调查总数的80%左右，因此，大体积混凝土裂缝是长期困扰土建工程的一大难题。一旦有裂缝发生，将严重影响结构的耐久性。

　　2　工程简介

　　某人防工程地下室建筑面积2148 m2，混凝土强度设计值C40，抗渗等级S8，地下室底板厚1.1 m;外墙厚800 mm，净高4.45 m，采用泵送混凝土，分层浇筑，每层高度3.6 m。墙体配有钢筋，受力竖筋Φ28@120，分布筋Φ18@200，中间筋Φ14@300;内墙厚400 mm，受力主筋Φ22@200。

　　该工程于8月初浇筑外墙混凝土，8月末发现墙体开裂，裂缝间距1~2 m，ωmax=0.5 mm，内墙未发现裂缝。混凝土配合比(重量比)及性能指标见表1。

　　3　开裂原因分析

　　3.1　外界气温影响

　　浇筑温度与外界气温有直接关系。外界气温愈高，混凝土浇筑温度也愈高，此混凝土于8月初浇筑，正值炎热夏季，混凝土内部温升较大，相对散热能力较少，造成过大的温度应力。如果外界气温下降，将增加混凝土的温度梯度尤其是气温骤然降低，会加大混凝土的内外温差。该工程于9月中旬采用取芯法检测内部裂缝情况时发现，随着温度的降低，裂缝不断向纵深发展，已形成贯穿性裂缝，破坏了结构的整体性、耐久性和防水性。

　　表1　混凝土配合比(重量比)及性能指标

　　3.2　水泥品种的影响

　　水泥在水化反应过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。因此合理选择水泥品种是控制大体积混凝土产生裂缝的关键，应重点考虑水泥的强度、坍落度和水化热等因素。

　　该工程选用普通硅酸盐水泥，又属于早强型(42.5R)，不适合大体积混凝土结构，原因在于普通硅酸盐水泥3 d的水化热是250 kJ/kg，是矿渣硅酸盐水泥水化热的1.4倍。尤其在浇筑初期，采用低热水泥能够降低水泥自身发热量，可大大减少混凝土浇筑块体的内外温差。因此选用矿渣硅酸盐水泥能有效地控制裂缝的产生。

　　采用早强型水泥将导致混凝土内部热量散失少，而且加快了降温速率，墙体内外形成较大的温度梯度，导致浇筑初期混凝土产生大量通缝。

　　3.3　掺加外加剂

　　该工程采用泵送混凝土，为了保证混凝土具有良好的可泵性，采用优化混凝土级配，掺加适量的外加剂，同时改善混凝土的特性，推迟水泥水化热峰值的出现。

　　混凝土中常用的缓凝减水剂主要是木钙，在泵送混凝土中掺入水泥质量的0.2%~0.3%，不仅可节省水泥10%，降低水化热，同时又改善了混凝土的和易性。延缓初凝时间至6 h以上。膨胀剂的使用，可以产生自应力，密实混凝土，防止混凝土初始裂缝的产生。掺合料主要是粉煤灰，其可降低混凝土早期放热量，由于粉煤灰活性成分与水泥水化反应产物Ca(OH)2发生二次水化反应，使后期强度提高。掺加量为水泥用量的15%，降低水化热15%左右。该工程外加剂掺量适当，而粉煤灰掺量为10%，降低水化热效果不明显，因此，原材料中粉煤灰的含量可适当提高。

　　4　混凝土顶板的温度监测

　　墙体开裂引起了高度重视，在进行地下室顶板浇筑的过程中，对混凝土温度进行实时监控。在顶板不同深度处，埋设了测温元件，及时了解混凝土内部温度、表面温度及大气温度，当温差超过25℃时，及时采取保温养护措施，防止裂缝的产生，日监测最高温度值见表2。测点布置如图1所示。布置原则:

　　a)温度测量时测点数目不少于5个;

　　b)以混凝土表面以内50 mm作为表面温度;

　　c)测温元件绑扎于木方上，与钢筋绝缘，减少测量误差。

　　5　地下室顶板温度计算

　　5.1 混凝土内部最高绝热温升值

　　(1)

　　其中，W—水泥用量;Q—水化热;C—混凝土比热;ρ—混凝土密度。将数据代入公式(1)可得Th=71.25℃。

　　5.2　混凝土内部最高温度

　　(2)

　　混凝土浇筑温度(即入模温度)，9月初测得Tj=27℃，1.3 m厚板散热系数ξ=0.43，则可求得Tmax=57.64℃。

　　5.3　混凝土内部与表面最大温差

　　混凝土表面温度可由下式计算

　　(3)

　　式中，Tq—3 d龄期时环境温度;ΔT(t)—混凝土内部最高与外界温差;H—顶板厚度(m)，H=h+2h′;h—混凝土实际厚度(m);h′—混凝土虚厚度(m)，h′=k·λ/β;k—计算折减系数，取0.67;β—空气层传热系数，当未采取保温措施时取23 W/(m2·K)。

　　由上式可求得Tb(t)=29.41℃，于是可得出混凝土内表最大温差为ΔT′(t)=28.24℃，超过规定值25℃。因此应采取措施，否则将产生表面裂缝。

　　6　防裂措施

　　a)采用低热水泥，降低水泥水化热;

　　b)在设计方面，应优化配合比，充分利用混凝土后期强度;

　　c)合理分段分层浇筑，增加散热面，加快了散热速率，有效地减小温度和收缩应力;

　　d)采用循环水冷却技术，防止裂缝开展;

　　e)加强保湿、保温养护是大体积混凝土施工的关键环节;

　　f)采用混凝土预冷技术，包括预冷骨料和加冰拌和，控制浇筑温度。

　　7　结束语

　　对于大体积混凝土结构可在施工中通过科学施工、养护、监测及优化配合比等措施，对裂缝进行有效的控制。随着材料科学的发展及建筑科学技术管理水平的提高，大体积混凝土开裂这一长期令人们棘手的难题将会得到有效的解决。

　　参考文献

　　1　杨嗣信主编.高层建筑施工手册(第一版).北京:中国建筑工业出版社

　　2　龚召熊.水工混凝土的温控与防裂.北京:中国水利水电出版社

　　3　李继业.新型混凝土技术与施工工艺.北京:中国建材工业出版社

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文章名称： 探析大体积混凝土防裂施工技术

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