高层建筑大体积混凝土施工裂缝的成因分析及预防措施
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摘要:现代建筑中常涉及到的大体积混凝土施工，它主要的特点是体积大，一般实体最小尺寸大于或等于1M。由于其体积大，表面小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝。在施工中除满足强度、刚度、整体性要求外,还要采取一系列技术措施以防止产生有害裂缝。
关键词: 高层建筑;大体积混凝土;裂缝;预防措施
1大体积混凝土裂缝产生的成因分析
1.1收缩裂缝
混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土的用水量和水泥用量，用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同，干缩、收缩的量也不同。混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力。如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。
1. 2温差裂缝
主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差产生的非贯通裂缝以及混凝土成型过程中水化热温升使之经历的最高温度和最低温度之间的温差产生的贯通裂缝。
特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑，浇筑后，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度将显著升高，而其表面则散热较快，形成了较大的温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。
2控制温度和收缩裂缝的技术措施
2. 1控制混凝土温升
①选用低水化热水泥品种,如矿渣硅酸盐水泥。
②外加剂掺合料:可掺入复合型外加剂及粉煤灰,以减少水泥用量,改善混凝土和易性及可靠性,延长缓凝时间。
③骨料选择:原则是以自然连续级配粗骨料配制混凝土,可优选5mm―40mm碎石,减少混凝土收缩,含泥量<1%,骨料中针片状颗粒含量<10%。细骨料选用中粗砂,含泥量<2%,这样可以减少用水量。
④控制混凝土入模温度,主要降低水泥、骨料和水等原材料的温度,从而控制拌合物浇筑温度≯25℃。
⑤自然分层,连续浇筑。
2. 2延缓混凝土降温速度
大体积混凝土浇筑后,当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形，导致混凝土开裂。为了防止产生裂缝,应给予适当保温和保湿养护。在潮湿条件下可防止混凝土表面因水分散发而产生的干缩裂缝,使水泥顺利进行水化,提高混凝土极限抗拉强度。对混凝土进行保温、保湿养护,可使混凝土水化热降温速度延缓,减少混凝土内外温差,防止产生过大的温度裂缝。
2. 3减少混凝土体积收缩,提高混凝土的极限拉伸强度。
(1)配合比:采用泵送混凝土,砂率≯0.45,在满足可泵送性的前提下,应尽量降低砂率。粗骨料中针片状颗粒含量≯10%,中砂通过0. 315mm筛孔的砂≮15%。泵送混凝土宜掺适量粉煤灰,坍落度在满足泵送的条件下尽量选小值,以减少收缩变形。
(2)混凝土施工: 混凝土浇筑及二次抹面压实后应立即覆盖保温，先在混凝土表面覆盖二层草席，然后在上面覆一层塑料薄膜。以减少混凝土表面的收缩裂缝。
2. 4施工监控工作
施工现场除指派专人每隔4 h测定1次搅拌水温、大气温度、原材料温度、出机混凝土温度及入模混凝土温度外,还须安排专职人员负责作好结构混凝土的测温工作,以便及时采取有效措施,控制温差,进而保证混凝土施工质量。
3工程实践
某公共建筑工程,基础底板厚1. 4M,属大体积混凝土。此基础底板长47. 6M,宽36. 9M,在中间位置设置一道宽1M的后浇带,混凝土等级C40,抗渗等级P6,混凝土浇筑量2500M3,采用现场搅拌泵送的混凝土施工方案。
本工程由于在施工中采取了多项措施,基础底板施工完毕后,未出现裂缝,确保了基础工程的安全性能和抗渗性能。
3.1根据本工程基础混凝土的特点,对混凝土的配置采取了如下的措施:
(1)采用低水化热的42. 5级的矿渣硅酸盐水泥,每立方米混凝土中水泥用量≯380kg。
(2)细骨料使用中砂,要求通过0.315mm筛孔的砂≮15%,含泥量<2%。
(3)粗骨料采用级配良好的5mm―30mm的碎石,要求石子中针片状颗粒含量≯15%,并控制粗骨料中的含泥量小于1%。
(4)泵送混凝土砂率为40%,水胶比为0. 36。
(5)在拌制混凝土时,掺入某电厂的Ⅱ级粉煤灰,减少相应含量的水泥。取代水泥百分率为10%,以延缓水化反应,降低水化热。
(6)采用AEA膨胀剂,它具有0.02%―0.04%的膨胀率,可产生0. 2MPa―O. 7MPa的膨胀应力,可抵消因收缩产生的拉应力。
(7)采用SDB-20型泵送剂,可有效的降低用水量,提高和易性和保塑性,它同时含有缓凝组分,可延缓混凝土的初凝时间。
(8)本工程混凝土的初凝时间为8―10小时,终凝时间为12―14小时。
(9)坍落度控制在16±20cm之间。
3. 2混凝土配合比
混凝土配合比
3. 3混凝土的振捣
混凝土的振捣采用振捣棒进行振捣，通常振捣时布置三道振捣，第一道设在混凝土的坡脚，第二道设在混凝土的坡面中间，第三道设在混凝土的坡顶。每道设置足量振捣棒，三道振捣相互配合，确保振捣覆盖整个坡面。振捣时振捣棒插入下层混凝土中的深度>50mm，移动的间距以400mm左右为宜，但不可碰撞钢筋及模板，应与模板保持50～100mm的距离，振捣棒要快插慢提，振捣持续时间控制在20S左右，以混凝土面泛浆、不再有气泡冒出为宜。
3. 4混凝土的养护及测温
①混凝土的养护
大体积混凝土浇筑完后，由于水泥的水化作用产生大量的热量聚集在结构内部不易散发产生较高温度，而混凝土表面和边界受气温影响温度较低；结构内部温度升高过快或外部环境温度急剧下降，结构都容易产生裂缝，因此后期的温度监控及养护非常重要。
②混凝土测温
为了保证混凝土内外温差不大于25℃,对混凝土要进行测温,以便及时采取措施,控制混凝土内外温差。
混凝土测温点根据称性原理，选择有代表性区域，分别在基础底板下部、底板中心、底板上部设置相应测温点.测温点平面布置在边缘和中间，所有测温点间距为5m，测温点设置的数量根据现场确定.
混凝土测温管采用Φ20的钢管,其长度等于测温处基础混凝土的厚度,其底端封闭并焊接200mm长的钢筋,在浇筑混凝土前竖向固定在测温点处,底部(钢筋端)放置于基础垫层上,上部外露200mm,用塑料布或纸封闭上口,防止混凝土进入测温管。测温时,每个测温点在竖向测3个厚度处的温度,即距混凝土表面100mm处、混凝土中心处和距混凝土底面200mm处的温度。测温间隔:第1天―3天,为每2小时1次,第4天―7天,为每4小时1次,第8天―第14天,为每8小时1次,按测温记录绘制测温曲线。经实测,发现混凝土内温度在第4天达到峰值为45℃,此时混凝土表面温度为22℃,温差最大值为23℃,小于25℃。
3. 5混凝土质量控制
本工程基础为C40、P6抗渗混凝土,既是大体积混凝土,又有较高的抗渗要求,因此必须采取如下措施,认真施工,才能保证不漏、不裂和不渗:
①合理选择混凝土原材料和最佳配合比,降低水化热。
②严格控制混凝土的坍落度在16±2cm之间。
(3)开盘前,认真检修施工机械、道路、照明、原材料和人员等,确保混凝土基础底板一次连续浇筑完毕,不产生施工冷缝。
(4)设置专人跟班检查混凝土的振捣、二次抹面,防止漏振、过振和表面裂缝。
(5)专人负责测温和养护,及时保温和保湿,确保混凝土的膨胀应力能抵收缩应力。
4结束语
综上所述,由于在施工中采取了一系列的措施,有效的控制了大体积基础混凝土裂缝的产生,保证了工程质量。经过近一年的观察,未发现裂缝,基础混凝土不漏、不裂和不渗,获得了良好的经济效益和社会效益。
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