建筑工程大体积混凝土施工裂缝控制方法探索

发布日期：2015-06-23来源：本站编辑：张瑞晨

[摘要]何为大体积混凝土？据笔者所知，目前国内尚无统一的定义。对此，国内外的有关专家和学者可谓仁者见仁、智者见智。

　　何为大体积混凝土?据笔者所知，目前国内尚无统一的定义。对此，国内外的有关专家和学者可谓仁者见仁、智者见智。如美国混凝土学会(ACI)将其定义为“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”;日本建筑学会标准(JASS5)将其定义为“结构断面最小尺寸在800㎜以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土”;从我国有关用于指导操作的规范和手册规定看，大多将其定义为：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。基于前述对大体积混凝土的不同理解，在此，笔者仅就我国目前有关专家和学者认可的大体积混凝土工程施工裂缝的控制谈谈自己的粗浅看法，以期能对同行更好的保证施工过程中的质量有所启发或帮助。

　　一、工程特点与比较分析

　　在高楼林立的现代建筑市场，人们时常会涉及诸如以“混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的大体积混凝土”施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝工程施工等。这类工程的特点是体量大，一般实体最小尺寸大于或等于1m的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。尤其是在混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，由此影响工程的结构安全和正常使用。这类大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同，但其实质的区别是由于混凝土中水泥水化要产生热量，大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快，由此造成的内外温差过大，其所产生的温度应力随时可能会使混凝土开裂。因此，判断是否属于大体积混凝土既要考虑厚度这一因素，又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素。从实践看，比较可行的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别。一般来说，当其差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度，不会造成混凝土的开裂;当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度，在这种情况下就有可能造成混凝土的开裂。

　　二、裂缝原因与操作要求

　　众所周知，大体积混凝土施工的主要特点是体积大，一般实体最小尺寸处在大于或等于1m区间，加之它的表面系数较小，水泥水化热释放较集中，内部温升较快，在混凝土内外温差较大时，难免会使混凝土产生温度裂缝。如(一)因水泥水化热引起的裂缝。由于水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失，以至于越积越高，使内外温差增大。(二)因外界气温变化引起的裂缝。由于大体积混凝土在施工阶段的浇筑温度会随着外界气温变化而变化，特别是当气温骤降时会大大增加内外层混凝土温差，如果不及时采取温度控制措施，难免会因混凝土内外温差引起的温度应力导致裂缝现象的产生。(三)因混凝土收缩引起的裂缝。由于混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩，干湿交替自然会引起混凝土体积的交替变化，进而影响混凝土的浇筑质量。因此，在施工大体积混凝土过程中，必须严守材料选择和技术措施等操作要求。一是要认真做好浇筑前的准备。如在商品混凝土供应商的选择上严把材料选择和混凝土配合比关，要对构成混凝土的水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰和外加剂等成分在签订合同时进行明确约定，并在使用时取样送检。二是在浇筑时要采取保证措施。如在编制浇筑方案时采取全面分层、分段分层和斜面分层等办法，除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响。

　　三、存在问题与实践探索

　　大凡从事过建筑工程施工或管理的同志都知道，万丈高楼从地起，一项工程的基础和结构的质量如何，对该工程的作用和影响都是致命性的。而混凝土的浇筑，既是基础的基础，也是结构部分的关键。因此，针对混凝土浇筑施工不慎引发的裂缝等质量问题，笔者从自己多年从事建筑工程施工和管理的实践出发，结合具体工程施工所遇到的问题谈谈其控制措施，以期能收到抛砖引玉的效果。

　　(一)理论基础检索。从理论上讲，尽管目前国内对什么是大体积混凝土尚无明确定义，同时国外的定义也不尽相同。如日本建筑学会标准(JASS5)规定：“结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。美国混凝土学会(ACI)规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。从前述两国的定义可知：大体积混凝土不是由其绝对截面尺寸的大小决定的，而是由是否会产生水化热引起的温度收缩应力来定性的，但水化热的大小又与截面尺寸有关。这难怪，我国的有关专家学者会这样认为：一般来说，基础底板混凝土最小尺寸≥600～750㎜，架空板结构最小尺寸≥800～1000㎜，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土可称为大体积混凝土。

　　(二)存在问题剖析。从实践来看，由于对大体积混凝土没有统一定义，以截面尺寸来简单判断是否是大体积混凝土的现象比较常见，由此给工程带来的的损失也并不鲜见。例如：有些工程虽然厚度达到80cm(或1m)，但也不属于大体积混凝土的范畴，业主却要求施工单位按大体积混凝土标准施工，由此造成不必要的浪费;有些工程虽然厚度未达到80cm(或1m)，但水化热却较大，施工单位却没有按大体积混凝土的技术标准施工，由此造成结构裂缝，结果采取种种措施加以补救又造成额外费用。事实上，大体积混凝土不仅因为结构厚实、混凝土量大、工程条件复杂(一般都是地下现浇钢筋混凝土结构)、施工技术要求高、水泥水化热较大(预计超过25度)而易使结构物产生温度变形。同时，由于平面尺寸过大，约束作用所产生的温度力也愈大，如采取控制温度措施不当，在温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时也易产生裂缝。

　　(三)控制方法探索。就操作而论，不仅高层建筑的箱形基础或片筏基础有厚度较大的钢筋混凝土底板和桩基础大多存在厚大的承台，而且不少厚大结构转换层楼板和大梁也属大体积钢筋混凝土结构。同时，随着建设主管部门和购房者对建筑工程质量及其抗震级数要求的越来越高，一般建筑工程也经常会涉及到不同程度的大体积混凝土施工。因此，对大体积混凝土的判别标准，截面尺寸仅仅是一个方面，还应充分考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素，并通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别。一般来说，按照“当其差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度，不会造成混凝土的开裂;当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度，容易造成混凝土的开裂”的规律，凡是在有混凝土施工的情况下，均应从如何有效确保工程质量出发尽可能考虑选择大体积混凝土施工方案。

　　(四)应用效果总结。自20世纪90年代初以来，笔者曾先后参与和独立负责过煤矿洗选厂、铁路集运站和多栋高层房屋建筑工程的施工及其管理，并总结出了不少能有效预防大体积混凝土施工裂缝等影响工程质量的施工方法。在此，笔者仅将其中的重庆“骏逸新视界”一期工程9#楼大体积混凝土浇筑施工的方法作一交流，以期能对各位同行有所帮助。

　　重庆“骏逸新视界”一期工程9#楼位于重庆九龙坡区石坪桥，建筑面积17660㎡，分地上27层地下1层，建筑总高度85.5m，占地面积900㎡，其基础形式为人工挖孔桩，核心筒体下为筏板基础，平面尺寸约为15*12m，筏板厚度2.5m，混凝土强度C40，总方量为470m3(属大体积高标号混凝土施工)。基础筏板共设三层钢筋网，上下层钢筋为Φ25，双向间距100mm;中间层钢筋为Φ16，双向间距150mm(整个筏板基础含钢量大)。该工程以工程质量好和社会信誉高获重庆“巴渝杯”优质工程奖。

　　施工前：为有效确保整个混凝土浇筑质量控制到位，我们根据各项预测条件，对大体积混凝土了进行模拟验算，验算结果为混凝土入模温度27℃，最高温度计Tmax=71℃，混凝土中心最高温度73℃。要使混凝土内外温差保持在25℃以内，即保持混凝土表面48℃的高温(浇注时间为六月初，环境温度20-25℃，经过计算保温材料必须要加二层草袋及一层塑料薄膜)。为了降低混凝土内部温度，减少结构内外温差，同时防止意外情况发生，经对混凝土配比进行试配和优化，选用了水化热较低的矿渣水泥加入一定的粉煤灰和UEA外加剂方案。

　　施工中：高度重视混凝土温度监测和强度分析，浇筑混凝土时在筏板基础中留设足够的测温孔，测温从浇筑完后10小时开始，每4小时测一次，并随时根据测温数据进行分析，及时掌握“升温阶段”(由于混凝土水化热产生热量，温度从混凝土浇灌入模开始升温，在浇筑完36小时后开始出现温度峰值，从数据上看，温度最高值为68℃，处于筏板中心位置，其余各处均低于65℃)、“恒温阶段”(混凝土温度在最高值持续1-2天，温度基本恒定不变)和“降温阶段”(3天后温度即开始下降，降温率为每3-5℃，为缓慢平稳降温趋势)的变化情况，由此为有效确保混凝土温度变化符合常规的抛物线，至测温工作结束时整个混凝土表面未出现裂缝提供了保证。

　　控制法：为使筏板混凝土不致因温度应力而产生表面贯穿性裂缝，施工中除对配合比进行优化和采取保温保湿养护外，要想使混凝土内部温差控制在25℃以内(混凝土内部最高度达到65-68℃)，其表面温度必须达到40-43℃。而当时环境平均温度为23℃，混凝土表面与环境温差为17-20℃。为有效破解这一难题，现场施工时通过采取合理利用草袋和薄膜及其进行人工养护等保温措施，由此确保了混凝土温度与环境温度保持25℃温差的控制效果实现。其主要作法为：一是注意浇捣质量。整个筏板浇捣通过采用一次性浇筑、薄层覆盖、分层捣实的施工方法，避免了施工冷缝的产生。二是降低混凝水热。在浇灌混凝土前，通过预设集水坑和及时排除大流动性混凝土浇筑过程中产生的沁水，有效防止了混凝土因含水量过大和浮浆过多而发生干裂的可能。三是预埋降温水管。通过在混凝土内部预埋降温水管，注入冷却循环水，以降低混凝土内部温度。即通过在混凝土内埋中心距为1.5m的25mm的水管，并根据实际测温结果调节水的流量控制内部降温。四是搞好表面处理。针对泵送混凝土浮浆多的特点，在浇注后2-3小时内将混凝土表面用木抹板反复搓抹数遍使其表面密实，初凝前再用铁抹板压光消除干缩裂缝，由此既减少混凝土表面水分散发，又较好地控制混凝土表面龟裂

　　作者：重庆巨能建安公司 陈东生 一级建造师、全国优秀项目经理

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