超厚地下室底板混凝土施工裂缝分析与控制措施

阎小明 黄 烯 刘永美

(1.青海省果洛州工程建设监理公司，青海 西宁 810001；2.悉地国际设计顾问有限公司结构事业三部，上海 200235； 3.山东省潍坊市高崖水库管理局，山东 潍坊 262402)

超厚地下室底板混凝土施工裂缝分析与控制措施

阎小明1黄 烯2刘永美3

(1.青海省果洛州工程建设监理公司，青海 西宁 810001；2.悉地国际设计顾问有限公司结构事业三部，上海 200235； 3.山东省潍坊市高崖水库管理局，山东 潍坊 262402)

结合工程实例，从水泥水化热、约束条件、外界气温变化、收缩徐变变形等方面分析了超厚混凝土施工裂缝产生的因素，并对超厚混凝土施工中材料、外加剂、施工工艺等控制措施作了阐述，以有效控制裂缝的产生。

超厚混凝土，裂缝，材料，温度应力

1 概述

随着我国经济建设的发展，现代建筑中高层建筑及大型设备基础、桥梁、水工结构等时常涉及到超厚底板混凝土施工。这些大型工程是大体积混凝土结构，需要消耗大量的混凝土。大体积混凝土施工会释放出大量的水化热，导致混凝土内部温度升高，由温度应力导致的裂缝问题不容小觑，如技术措施控制不好，极易出现质量问题，甚至引发工程质量安全事故。本文结合下述工程实例针对超厚底板混凝土施工的特点和难点，对裂缝开展机理和施工工艺进行研究。

2 工程概况

武汉某国际城K-3地块项目位于武昌区中心位置，该工程地下室呈近似长方形，长度约200 m，宽度约148 m，该地下室分为商业、公寓楼和办公楼三个部分，其中商业部分底板厚度为1 100 mm，办公楼部分底板厚度为2 000 mm～2 400 mm，公寓楼部分底板厚度为2 800 mm～3 200 mm。地下室底板面标高为-10.30 m，混凝土强度等级为C35，抗渗等级为0.8 MPa。底板混凝土使用量大，浇捣总方量约34 000 m3，属于超长、超厚的大体积混凝土结构。

3 超厚混凝土施工裂缝产生的因素[1-6]

3.1 水泥水化热

高层建筑基础结构截面尺寸大、体积大，表面系数小，在硬化过程中,大量的水化热会从混凝土内部释放出来。根据相关实践数据，当存在25 ℃的温差时，混凝土内就会产生裂缝。因混凝土自身导热性能差，混凝土内部热量不易散发，因此内部温度上升迅速，而混凝土表面则不同，散热较快，最终导致内外表面以及大气间的温差。温度应力会随着温差的增大而增大，当温度应力超过其早期抗拉强度时，将会出现混凝土的深层断裂或者贯穿性裂缝。

3.2 约束条件

混凝土发生变形时，由于有约束的存在，无法自由变形，且变形后会产生应力。混凝土受全约束时，混凝土变形的相关因素有混凝土膨胀系数和温差，ε=ΔT×α，结构裂缝会在ε超过混凝土的极限拉伸值εP时出现。混凝土受较小约束时，产生的应力也相应降低。

3.3 外界气温变化

3.4 收缩徐变变形

影响混凝土收缩徐变变形的主要因素如表1所示。

表1 徐变变形的主要影响因素

4 超厚混凝土施工裂缝控制措施

综上所述，为有效控制超厚混凝土裂缝开展，在本工程地下室底板施工中，从材料、工法和施工工艺等方面采取了相应的措施。

4.1 合理选用材料

1)水泥的选用。水泥水化热是大体积混凝土中的主要温度因素，温度上升与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并在浇筑后3 d～5 d时内部温度达到峰值。在满足混凝土设计强度要求的前提下，应尽量减少水泥用量，选用的水泥要求水化热低，凝结时间长，可优先考虑低热矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。本工程要求选用强度等级为42.5的矿渣硅酸盐水泥，与选用同等级的矿渣水泥或普通硅酸盐水泥相比，3 d的水化热可减少约28%。

2)骨料的选用。粗细骨料重量约占混凝土总重的85%，合理选用砂石料对保证混凝土质量、节约水泥用量、降低水化热、降低工程成本是非常重要的。要求优先采用配置的混凝土具有较好的和易性、较少的用水量和水泥用量，以及较高的抗压强度，可优先采用粒径较大、级配良好的粗骨料。细骨料采用级配良好的中砂。此外，若骨料中泥土、粉屑、有机物及其他有害物质偏多，会增加混凝土的收缩，并导致混凝土抗拉强度降低，对混凝土的抗裂十分不利。要求粗骨料的含泥量控制在不大于1%，细骨料的含泥量控制在不大于3%。

4.2 混凝土外加剂的选用

大体积混凝土采用的外加剂主要有减水剂、缓凝剂和膨胀剂。

此外，对于接受了乳房全切的患者，若存在前哨淋巴结转移是否能够不进行腋窝淋巴结清扫尚缺乏充分的循证医学依据。因此，评估前哨淋巴结阳性乳腺癌患者非前哨淋巴结的转移状态仍是一个值得研究的临床课题。

掺加减水剂主要是降低水泥水化速度，延迟水化热峰值的来临时间。这既能明显提高混凝土的工作性能，又能使拌和用水和水泥减少10%左右。

在目前建筑市场，广泛应用泵送商品混凝土技术。具体问题中通常要加适量的缓凝剂来延缓凝结时间。这不仅保证混凝土的流动性，而且降低了水化热的释放速度，混凝土便于浇筑振捣，密实度更有所保障。

普通水泥配制的砂浆或混凝土在干燥时会产生收缩。实验证明，砂浆的收缩率为 0.1%～0.2%，混凝土的收缩率为 0.04%～0.06%，而一般混凝土的极限拉伸仅为 0.01%～0.02%，差距如此之大，混凝土硬化后极易导致混凝土开裂。为了防止混凝土的初始裂缝，可以掺加适量的膨胀剂，采用补偿收缩型混凝土。

本工程除常规采用的减水剂、缓凝剂外，另按设计要求采用了高性能膨胀抗裂剂，按补偿收缩性混凝土进行设计施工。

4.3 采用科学的施工工艺

在超厚混凝土施工阶段，采用科学合理的施工工艺应对混凝土裂缝问题尤为重要。

1)合理的浇筑与振捣。本工程采用了全面分层的浇捣方案，下一层是在上一层全面浇筑尚未初凝时连续浇筑的，如此逐层递进直至完成所有浇筑。此方案施工时从短边开始、沿长边进行，必要时也可从中间向两端或从两端向中间同时进行，此方案通常用于结构和平面尺寸大的场合。

振捣方式及要求：高温下不宜施工，采用大功率插入式振捣器进行随浇随振的大面振捣，控制时间应以表面泛浆不再下沉为宜，间距要以振捣范围重叠1/2为宜并保持等间距，深度一般控制在200 mm～300 mm。要保证上层混凝土在下层混凝土初凝前完成浇筑，表面要抹平，压实，防止表面裂缝。

2)控制混凝土入模温度。混凝土从搅拌机出料后，经过运输、泵送、浇筑、振捣等工序，合理控制混凝土的入模浇筑温度，避免在烈日下暴晒，可采取覆盖降温等方法予以控制。一般情况下，混凝土的最高浇筑温度应控制在40 ℃以下。要求尽量在晚间或凌晨浇筑底板混凝土。

3)加强混凝土养护。常用的大体积混凝土养护方法可分为两类。降温法，在浇筑成型后通过冷却水进行循环降温，来调整内外温差；保温法，则是通过保温材料对成型表面的覆盖进行蓄热，以提高混凝土表面和四周的温度。施工过程中，通过采取以上措施，使底板混凝土的内外温差控制在25 ℃以内。

4)合理设置后浇带。后浇带的间距由计算确定，一般正常情况下为20 m～30 m。考虑到掺加膨胀剂，本工程后浇带设置间距按25 m～35 m考虑。后浇带的保留时间按45 d考虑，在混凝土浇筑之前，需将整个混凝土表面凿清形成毛面，清除多余的垃圾和杂物，并隔夜浇水浸润。后浇带填筑的混凝土采用膨胀混凝土，要求混凝土强度比原结构提高5 N/mm2～10 N/mm2，不少于14 d的潮湿养护时间。

5)做好温度检测。为了有效掌握和控制混凝土内外温度的变化，根据工程需求在混凝土浇筑前，在混凝土内埋设若干测温点，用混凝土温度测定记录仪对不同时间和深度下的温度进行施工全过程的跟踪和监测，及时对监测数据进行分析，掌握混凝土内部温度变化规律，对症下药地采取相应的技术措施。

5 结语

要完全防止建/构筑物混凝土的裂缝是不现实的，对超厚混凝土的裂缝控制问题，国内外工程建设者都进行了不懈的努力，如果切实采取综合的防裂措施，是可以有效控制超厚混凝土的裂缝问题的。

通过对超厚混凝土裂缝成因的分析，本工程施工中采取有效措施，成功完成了超长超厚地下室混凝土底板的浇筑施工，保证了大体积混凝土的施工质量，有效控制了裂缝的开展，对类似工程具有一定的参考价值和现实指导意义。

[1] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[2] 璐 璐,李兴贵.大体积混凝土裂缝控制的研究与进展[J].水利与建筑工程学报,2012(2)：146-150.

[3] 周玉选,周 燕.浅谈大体积混凝土施工的质量控制[J].甘肃科技,2008(13)：78-79.

[4] 水利水电科学研究院结构材料研究所.大体积混凝土[M].北京:水利电力出版社,1990.

[5] GB 50496—2009，大体积混凝土施工规范[S].

[6] 彭立海,阎士勤,张春生，等.大体积混凝土温控与防裂[M].郑州:黄河水利出版社,2005.

The crack of mass concrete construction analysis and control measures

Yan Xiaoming1Huang Xi2Liu Yongmei3

(1.QinghaiGuoluoStateEngineeringConstructionSupervisionCompany,Xining810001，China；2.StructureBusinessNo.3Departement,CCDIInternationalDesignConsultantCo.,Ltd,Shanghai200235,China； 3.ShandongWeifangGaoyaReservoirAdministration,Weifang262402,China)

Combining with the engineering cases, the paper fully analyzes the factors leading to cracks on the super-thick concrete construction from the cement hydration heat, restraints, external temperature changes, and shrinkage creep deformation, and illustrates some controlling measures for materials, additive agents, and construction craft in the super-thick concrete construction ,so it is effective to control cracks.

super-thick concrete, crack, material, temperature stress

2015-01-17

阎小明(1977- )，男，工程师; 黄 烯(1972- )，男，工程师; 刘永美(1975- )，女，工程师

1009-6825(2015)09-0087-02

TU312.3

A