大体积混凝土结构裂缝控制探讨

邓伟雄

摘要: 随着国民经济的迅速发展，使得大体积混凝土施工也得到普遍应用。大体积混凝土体积大，工程施工条件复杂，容易发生裂缝问题。本文结合工程实例，重点把握大体积混凝土的结构计算温差及温度应力计算的方法，提出保温、保湿及补偿措施，确保温度裂缝得到有效防治。

关键词:建筑工程；大体积混凝土；结构；裂缝；温度应力；补偿措施

随着国民经济的发展，建筑工程规模的不断扩大，大体积混凝土在结构中的应用越来越广泛，同时，大体积混凝土温度裂缝问题日益突出并成为具有相当普遍性的问题。大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂，它涉及到和工程结构相关的方方面面。温度裂缝的防治不是单纯的结构理论问题,而是涉及结构计算、构造设计、材料组成、物理力学性能及施工工艺等多学科的综合性问题。下面结合某建筑工程大体积混凝土的施工，对防治大体积混凝土工程施工温度裂缝的措施进行了探讨分析；可供同类工程技术参考。

1 工程概况

某建筑工程地下1层,地上21层,占地面积为1486m2,总建筑面积21904m2;建筑总高63.6m;是集商业、办公、住宅为一体的综合性建筑。工程结构设计选用了转换层形式。

2 转换层结构形式特征

转换层结构形式:第四层顶板为一块实心混凝土整板,将上部23层结构荷载过渡转换到板下框架体系.转换层标高17.1～19.1m,板厚2.0m,转换层面积723m2,板内上下各两层设纵横双向Φ32mm、@200mm×200mm钢筋网片;中间又有两层Φ22mm、@200mm×200mm钢筋网片;网片间@600mm×600mm,设Φ22mm立筋,混凝土总量1610m3,混凝土采用C50的商品混凝土.板下框架柱网尺寸:8.6m×8.8m～8.4m×12m不等。

3 大体积混凝土施工

该工程转换层混凝土的施工在六月中旬,当地日平均温度在21℃左右,混凝土最高温度的峰值一般出现在混凝土浇筑后的第三天,对混凝土浇筑后的内部最高温度与气温温差要控制在25℃内,以免因温差和混凝土的收缩产生裂缝。

3.1 混凝土温度的计算

(1)混凝土的绝热温升:T=W×Q0×(1-e-mt)/cr

式中:T-混凝土的绝热温升(℃)；W-每m3水泥用量,W=530kg；Q0-每千克水泥最终水化热量(J/kg),28d的累计水化热Q0=460240J/kg；c-混凝土比热容,c=993.7J/(kg/K)；r-混凝土密度,r=2400kg/m3；t-混凝土龄期(d)；m-常数,与水泥品种、浇筑时温度有关。

混凝土最高绝热温升:Tmax=530×460240/(993.7×2400)=102.28℃

(2)混凝土中心温度:Th=Tj+Tmax ζ

式中:Th-混凝土中心温度(℃)；Tj-混凝土浇筑温度(℃)； ζ -不同浇筑混凝土块厚度的温度系数,对1m厚混凝土3d时ζ=0.36。

(3)混凝土浇筑温度:Tj=TC+(TP+TC)×(A1+A2+A3)

式中:TC-混凝土拌合温度(它与各种材料比热容及初温度有关),按多次测量资料,有日照时拌合温度比当时温度高4～6℃,无日照时拌合温度比当时温度高2～3℃,我们按3℃计；TP-混凝土浇筑时的室外温度,六月中旬,室外平均温度以21℃计；A1+A2+A3-温度损失系数。

其中混凝土装卸时,每次为0.032(装车、出料二次计),A1=0.032×2=0.064；混凝土运输时,A2=Qt(Q为6m3滚动式搅拌车每min温升系数0.0042(即-0.0042),混凝土泵送不计；t为运输时间,min计算,从商品混凝土公司到工地约30min)；浇筑过程中A3=0.003×60=0.18(每次温度损失系数值取0.003,转运60次)。

Tj=TC+(TP+TC) ×(A1+A2+A3)=

24+(21+24)×(0.064-0.126+0.18)=24+45×0.116=29.31℃。

则混凝土内部中心温度:Th=Tj+Tmax×ζ=29.31+102.28×0.36=66.13℃。

从温度计算得知,在混凝土浇筑后第三天内部实际温升为66℃。,比当时室外温度(21℃。)高出45℃。,必须采用相应的措施,防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝.

3.2 温度应力计算

计算温度应力的假定:(1)混凝土等级为C50,水泥用量较大,530kg/m3；(2)混凝土配筋率较高,对控制裂缝有利；(3)底模对混凝土的约束可不考虑；(4)几何尺寸不算太大,水化热温升快,散热也快.因此,降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素。

先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σmax是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc。

采用公式:σmax=EaT[1-1/(Lcoshβ/2)]s

式中:E-混凝土各龄期时对应的弹性模量Et=Ec(1-e-0.9t)(e=2.718自然对数的底,t-混凝土龄期(d),Ec-混凝土28d时C50的弹性模量,Et=3.5×105Mpa)；a-混凝土的线膨胀系数1.0×10-5；L-结构长度,本工程厚板长度L=44m；T-结构计算温度:该厚板最大绝热温升Tmax=102.26,实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T3=Tmax×ζ=102.26℃×0.36=36.82℃；s-混凝土应力松弛系数；coshβ-是双曲余弦函数,其中

β=

H-结构厚度,本工程厚板厚度H=0.8,H/L=0.8/44=0.018≤0.2,符合计算假设；Cx-混凝土

板与支承面滑动阻力系数,对竹胶模板,比较砂质土的阻力系数,取Cx=30N/mm2。

根据以上公式代入相应数据,得σmax=1.18MPa≤1.89MPa,可知不会因降温时收缩引起裂缝。

3.3 配制混凝土时,采取双掺技术

(1)掺高效减水剂,使混凝土缓凝,要求初凝时间大于9h,以推迟水泥水化热峰值出现,使混凝土表面温度梯度减少；(2)加AEA微膨胀剂(掺量为水泥用量的10%)补偿混凝土收缩；(3)保证混凝土浇筑速度,不产生人为冷缩；(4)设加强带,在加强带处微膨胀剂掺量增加14%。

3.4 保温、保湿及补偿措施

根据气象预报,拟浇筑三天后的均温为21℃.为防止因混凝土内外温差超过25℃而开裂,经研究、比较,在不可能降低水泥用量、掺粉煤灰及选用矿渣水泥的条件下,采取下列措施。

(1)底模:除因模板支撑结构需要,满铺100mm×50mm×2000mm木枋外,在木模板上满铺一层塑料薄膜,再铺一层竹胶板.在浇筑前三天,浇水湿透；

(2)在三层与转换板之间,四周用塑料编织布围护,使板下形成温棚,减少空气流动,达到保温作用；

(3)在浇筑混凝土表面12h后,加塑料薄膜一层、麻袋二层覆盖；

(4)设温度测试点,在有代表性的位置设测温点,随时了解混凝土浇筑后(特别是第二天)开始升、降温情况,随时准备增、减覆盖物；

(5)加强对混凝土的保养,不断观察混凝土保湿状况,定时浇水保湿。

在浇筑第二层1.2m厚混凝土3d后,混凝土内部温度达56℃,更要加强保温保湿措施。

考虑到第一层混凝土板对上面第二层温度变形的约束,除认真控制混凝土内外温差外,该板结构设计在1.2m厚板下,400mm处,设一层Φ22mm、@200mm×200mm的钢筋网片,以防上层混凝土变形时拉裂下层混凝土。

3.5 温度测试

本工程采用建筑电子测温仪测温.两次浇筑分别设了10个和7个测温断面,每个测温断

面分别在上、中、下及覆盖层下埋设测温传感器,在浇筑混凝土后的5d内,每2h测读一次温度,同时监测气温.实测结果与理论计算,可看出,理论计算与实测数据很接近,可作为以后制定保温保湿措施的依据。

4 结束语

综上所述，建筑工程中大体积混凝土它往往属于地下隐蔽工程，裂缝的存在将严重影响其正常使用。根据现有的理论和实践经验总结出来的具体措施，可以控制和减少大体积混凝土温度裂缝的发生。由于各种客观条件的限制，采取哪些控制措施，要根据具体的实际情况决定，但要经计算验证，确保满足规范要求。

参考文献

[1] 乔树军，大体积混凝土裂缝控制措施探讨[J]中小企业管理与科技，2009.09