大体积混凝土基础施工裂缝控制研究

2020-11-26王庆宏

建材发展导向 2020年15期

关键词：水化峰值保温

王庆宏

（临沧市凤庆县勐佑镇人民政府村镇规划建设服务中心，云南临沧 675903）

大体积混凝土基础施工裂缝控制是工程施工控制中的一个难题，如何有效控制基础施工裂缝，减小大体积混凝土中的水化热是关键。目前，各大科研院校都进行了模拟分析和实践，主要从混凝土原材料、混凝土配合比、施工工艺、养护方面提出了各种标准化的建议。

1 大体积混凝土基础裂缝产生原因

大体积混凝土裂缝是因为混凝土的温度变形受到约束而产生温度应力，当这种温度应力大于混凝土自身抗拉强度时而产生的。

混凝土温度应力的大小取决于水泥、水化热、拌合浇筑温度、大气温度、收缩变形及当量温度等因素，同时它与混凝土的降温散热条件和混凝土升降温速密切相关的，而混凝土抗拉强度的提高与混凝土材料性能有关。影响大体积混凝土的主要因素分析如下：

1.1 入模温度

混凝土的入模温度也称浇筑温度，它是混凝土水化热温升的基础，可以预见，混凝土的入模温度越高，它的热峰值也必然越高。工程上在高温季节浇筑大体积常采用骨料预冷，加冰拌和等措施来降低浇筑温度，控制混凝土最高温升，原因在此。

1.2 水泥品种与水泥用量

混凝土温度上升根源在于水泥水化热。不同品种水泥的最终水化热是不同的，每立方米混凝土的水泥用量多少也使混凝土的总发热量不一样。这两个因素最终反映在混凝土绝热温升曲线θ和m值大小上。大小对混凝土热峰值有显著影响，因此，工程中尽量采用低热水泥，另外m不仅影响热峰值大小，还影响热峰值m出现时间，m减小相当于水泥水化热速率越慢，从而要达到最高温升的时间就越长。在此期间内混凝土对外散热得多，最高温度值就越小了。

1.3 环境温度

不同季节里浇筑混凝土，环境温度是不同的。环境温度变化对混凝土底板内热峰值影响不大，但对混凝土内外温差影响为显著。

1.4 混凝土的导热性能

热量在混凝土内传递的能力反映在其导热性能上。混凝土的导热系数越大，热量传递率就越大，则混凝土与外界热交换的效率也越高，从而使混凝土内最高温升降低。同时也减小了混凝土的内外温差。可以预计，导热性能越好，熟峰值出现的时间也相应提前。中部最高温度的热峰及热峰出现的时间与板厚密切有关。显见，板越厚，中部点散热较少，热峰值也越高，中部受外界温降影响所需时间就越长，峰值出现的时间也要晚一些。

1.5 大体积混凝土与几何尺寸的影响

大体积混凝土底板的长度对裂缝也影响，底板越长，越容易产生裂缝，这是因为温度应力与浇筑块长度有关。

2 大体积混凝土裂缝控制措施

结合工程的实际情况，施工中采用了以下多种措施控制温度裂缝的发展。

2.1 材料选择及质量要求

1）水泥，由于基础底板厚2.3m，水泥在水化过程产生大量的热量，聚集在结构内部不易散失，使混凝土内部的温度升高。为此，在施工中应选用水化热较低的水泥并尽量降低单位水泥用量（每减少10kg水泥，温度降低1℃）。

2）粗细骨料，粗骨料选用5mm～40mm 单粒级卵石。它比5mm～25mm石子，每立方米混凝土可减少用水量15kg左右，在相同水灰比情况下，水泥可减少30kg左右。细骨料采用中粗砂，其细度模数为218，它比采用细砂，每立方米混凝土减少用水量20kg左右，水泥相应减少28kg～35kg，从而降低混凝土的干缩。

3）混合料及外加剂，混凝土中掺入水泥重量0.25%左右的缓凝型减水剂—木质素磺酸钙，一方面可明显延缓水化热释放的速度，推迟水化热峰值的出现；同时又减少10%拌和用水，节约10%左右的水泥，从而降低水化热。混凝土中掺入适量粉煤灰，不仅改善混凝土的工作度，减少混凝土的用水量，减少泌水和离析现象，而且可代替部分水泥，减少水化热。掺入适量UEA膨胀剂，有效地补偿混凝土干缩，并在一定程度上补偿冷缩，改变混凝土分子结构组织，增加密实性，提高抗渗能力。

2.2 混凝土配合比的制定

根据选用的材料，通过试验室试配确定了混凝土配合比，采用塔吊运输，混凝土坍落度控制在3cm～5cm；混凝土配合比（kg/m3）为水泥：黄砂：石子：水=330∶771∶1087∶173；掺合料（kg/m3）∶UEA膨胀剂33kg，粉煤灰44kg，木钙0.66kg；水灰比0.48，砂率40%。

2.3 大体积混凝土施工工艺控制

1）大体积混凝土水平分层浇筑，大体积混凝土浇筑方案的选择，是决定工程质量和造价的重要因素之一。整体连续浇筑具有结构整体性好、施工周期短和抗渗性好等优点，但当所浇筑混凝土的厚度很大时，采取分层浇筑是一种方案，分层浇筑具有以下3个主要优点：其一可防止因水化热散发不出而引起的裂缝。由于混凝土是热的不良导体，当所浇筑的混凝土厚度较大时，混凝土内部由水化热而引起的温度较高，与外界气温形成较大温差，易形成混凝土表面裂缝。其二对支模系统有利。例如在超厚混凝土整板结构转换层施工中，若采用常规模板支撑体系，下层楼面将承受较大的施工荷载，有可能破坏下层结构，若采用分层浇筑方案，靠第一层先浇板承受后浇板的施工荷载，可大大减少施工中支模的费用。其三可减少混凝土的一次浇筑量，易组织施工。

采用分层浇筑施工方案的关键是保证叠合面结合牢固，保证厚板的整体抗力性能不因混凝土分层浇筑而下降。因此，保证分层混凝土板协同工作是关键的。

2）预埋冷却管，夏季施工时，在混凝土内部预埋冷却水管，通循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。冬季施工时，采用保温措施进行养护；如技术条件允许，可在混凝土结构中掺加10%～15%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节省水泥和降低水化热的目的。

2.4 施工温度控制

1）降低混凝土入模温度，浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温，尽量避开炎热天气浇筑。夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土，或在混凝土拌和水中加入冰块，同时对骨料进行遮阳、洒水降温，在运输及浇筑过程中也采用遮阳保护、洒水降温等措施，以降低混凝土拌和物的入模温度；掺加相应的缓凝型减水剂；在混凝土入模时，还可以采取强制通风措施，加速模内热量的散发。

2）加强施工中的温度控制，在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，以使混凝土缓缓降温，充分发挥其徐变特性，减低温度应力。夏季应坚决避免曝晒，注意保湿；冬季应采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度变化；采取长时间的养护，确定合理的拆模时间，以延缓降温速度，延长降温时间，充分发挥混凝土的“应力松弛效应”；加强测温和温度监测。可采用热敏温度计监测或专人多点监测，以随时掌握与控制混凝土内的温度变化。混凝土内外温差应控制在25℃以内，基面温差和基底面温差均控制在20℃以内，并及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和湿度不致过大，以有效控制有害裂缝的出现。

3）改善约束条件，削减温度应力，在大体积混凝土基础与垫层之间可设置滑动层，如技术条件许可，施工时宜采用刷热沥青作为滑动层，以消除嵌固作用，释放约束应力。

2.5 提高混凝土抗拉强度

提高混凝土的抗拉强度。包括：控制集料含泥量。砂、石含泥量过大，不仅增加混凝土的收缩，而且降低混凝土的抗拉强度，对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量，将石子含泥量控制在1%以下，中砂含泥量控制在2%以下，减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响；改善混凝土施工工艺。可采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆等方法；加强早期养护，提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量；在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋，以改善应力分布，防止裂缝的出现。