大體積混凝土裂縫的防止和預控

　　1　工程概況及特點
　　常州市天豪大廈工程由常州德禾置業有限公司建設；上海廣聯建設發展有限公司出具的《天豪大廈工程巖土工程勘察報告》；常州市規劃設計院設計，江蘇東方建設項目管理咨詢有限公司監理，南通萬通建設工程有限公司承建。本工程地下室2層，地上33層，為框架剪支墻結構體系，其基礎筏板厚度1.8m為大體積混凝土，設計采用C45P8預拌混凝土澆筑，根據后澆帶的劃分，整個筏板分四塊進行澆筑，每塊混凝土體積約3500m³。
　　2　簡析——大體積混凝土開裂及危害
　　首先，應控制出現在混凝土升溫階段的表面裂縫。大體積混凝土在硬化期間的水泥水化過程，會釋放大量的水化熱，使混凝土中心及中部區域產生很高的溫度而混凝土表面和邊界受氣溫影響，溫度較低，這樣形成較大的內外溫差，使混凝土內部產生應力，表面產生拉應力，當溫度超過一定的限度，其產生的溫度應力極易使新澆筑混凝土產生裂縫。
　　其次，應控制出現在混凝土降溫階段的收縮裂縫。當混凝土降溫時，混凝土由于逐漸散熱而產生收縮，再加上混凝土硬化過程中，由于混凝土內部拌合水的水化和蒸發，以及膠質體的膠凝等作用，促進了混凝土的收縮。這兩種收縮在進行時由于受到結構本身的約束，以致產生較大的收縮應力(拉應力)，當這種收縮應力超過一定的限度，其所產生的溫度應力就會在新澆筑混凝土中產生收縮裂縫造成結構上和防水上的危害。
　　當大體積混凝土出現有害裂縫時，其整體性、耐久性和承載力會受到影響，甚至危害上部工程的使用功能。嚴重時大樓會出現沉降不均、開裂、傾斜，波及到房屋的使用壽命、安全性。
　　3　溫控與防裂
　　根據《塊體基礎大體積混凝土施工技術規程》YBJ224-91規定，大體積混凝土工程施工前，應對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的溫度進行驗算，確定施工階段大體積混凝土澆筑塊體的升溫峰值、里外溫差及降溫速度的控制指標，制定溫控施工的技術措施。
　　溫控目的：通過溫控施工技術措施的落實，結合大體積混凝土施工用料及工藝要求，做到大體積混凝土工程施工技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量、防止有害裂縫、特別是貫穿裂縫的產生，混凝土表面溫度裂縫寬度應小于設計、規范要求。
　　4　大體積混凝土用料質量控制
　　采用商品混凝土，防止出現冷縫和凍脹破壞，并結合溫差和降溫收縮控制等，控制如下。
　　(1)所用材料必須符合現行國家標準規定。
　　(2)水泥選用低熱的水泥品種。
　　(3)摻加I級粉煤灰，摻加抗裂纖維0.9kg／m³外加劑。
　　(4)粗細骨料的選擇。
　　①采用2.5mm～31.5mm連續級配碎石以減少每立方米的用水量，即可在相同水灰比情況下減少每立方米混凝土的用水量和水泥用量。
　　②采用中砂以減少每立方米混凝土的用水量和水泥用量。
　　③控制砂、石的含泥量，石子含泥量控制在0.5％之內，吸水率不大于1％，所含泥土不得呈塊狀或包裹石子表面，砂的含泥量控制在1％以內，以免增加混凝土收縮及降低混凝土的抗拉強度。
　　(5)采用良好可泵性混凝土配合比，混凝土坍落度根據泵送要求設計為160±20mm，混凝土初凝時間根據預拌場區至施工現場的路程及出料設計為6h。
　　(6)控制混凝土澆筑溫度。
　　混凝土從出料后，經攪拌車運輸，卸料、泵送、下料、振搗等工序后的混凝土溫度稱澆筑溫度，即入模溫度。
　　5　大體積混凝土施工工藝控制
　　根據工程情況，采取如下措施。
　　(1)混凝土均采用預拌混凝土泵送人模。
　　(2)泵送預拌混凝土流動性大，施工采用“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序推進，一次到頂”的斜面澆筑方法，以便縮小混凝土暴露面積，加大澆筑面積及加大澆注強度(確保每小時混凝土供應量每臺泵不小于50m³)措施以利縮短澆筑時間。
　　(3)混凝土振搗時，根據筏板厚度設為5層攤鋪，每層的攤鋪厚度為360mm。
　　(4)采用一臺汽車泵(45M臂長)和一臺座泵共內作業，使澆筑呈弧形向前進行，以便混凝土泌水隨混凝土澆筑流向兩側，用軟水軸泵及時排除泌水。
　　(5)混凝土表面處理：澆筑后4小時左右用長括尺按標高刮平，然后在混凝土初凝前人工找平抹壓一次，隨即打磨機進行全面打磨，人工表面收抹拉毛，閉合混凝土早期可能的收縮裂縫。
　　(6)混凝土養護措施。
　　①混凝土終凝后立即養護，養護期間混凝土表面保護濕潤。
　　②采用表面覆蓋保溫保濕養護方法，維持混凝土表面溫升和降低表面溫度降低速度，避免混凝土表面裂縫和收縮裂縫。
　　③進行溫控施工現場監測與試驗。
　　6　大體積混凝土溫度、保溫層的測算
　　(1)溫度測算。
　　施工期間平均氣溫通過實測－8m左右基坑平均溫度為Ta=7℃。混凝土入模溫度實測平均值為，T=16℃。
　　配合比：C45P8，P.042.5級水泥用量m=421kg／m³，每kg水泥水化熱量Q=461J／kg，混凝土的比熱容C取0.96Kj／kg·K，混凝土的質量密度p=2400kg／m3，則混凝土中心最終溫升值：
　　Tmax=m·Q／C·p=421×461／0.96×2400=84.2℃。
　　考慮到混凝土絕熱溫升與筏板的厚度(H=1.8m)和不同齡期的關系，混凝土中心溫度應該為：
　　T=T+T·ξ
　　(2)保溫層測算
　　混凝土表面保溫保證溫度：
　　T=T－△Tmax=52.5-25=27.5℃
　　保溫層厚度(棉布、麻袋)：
　　δ=0.5Hλ(T-Ta)·K／λ·△Tmax
　　其中λ1=0.13W／m·K，為棉布、麻袋導熱系數，K為導熱修正系數，取K=1.5。
　　λ=2.3W／m·K，為混凝土導熱系數；
　　當H=1.8m時，
　　δ=0.5×1.8×0.13×(27.5-7)×1.5／2.3×25=0.06m=6cm。
　　7　養護措施
　　養護目的是保持混凝土水化需要的溫濕度，本工程保濕養護選用塑料布一層直接覆蓋，保溫養護選用麻袋二層(約5cm)，再采用棉布進行不透風保護，保溫養護是大體積混凝土施工的關鍵環節，通過保溫養護可降低大體積澆筑塊體的里外溫差，以降低混凝土塊體的約束應力，其次可降低混凝土降溫速度，充分發揮利用混凝土抗拉強度，以提高混凝土塊體承受外約束應力時的抗裂能力，達到防止或控制溫度裂縫的目的；同時，在養護過程中保持良好濕度和防風條件，使混凝土在良好的環境下養護。
　　8　溫控現場監測
　　8.1監測內容
　　出機溫度、入模溫度、澆筑溫度、混凝土塊體升降溫、里外溫差、降溫速度及環境溫度。
　　8.2監測儀表及測溫元件
　　根據《塊體基礎大體積混凝土施工技術規程》YBJ224-91規定，測溫元件測溫誤差應不大于0.3℃，并應做好防護防水處理，溫度記錄誤差應不大于±1.0℃。測溫元件安裝前，必須經過浸水24h后進行篩選。測溫采用銅一康銅熱偶作溫度測試的傳感器，二次儀表采用DR090L數字溫度巡回檢測儀。
　　8.3測溫元件安裝及保護
　　(1)測溫元件安裝位置應準確，固定牢固，并與結構鋼筋及固定金屬體絕熱。
　　(2)測溫元件的引出線應集中布置，并加以保護。
　　(3)混凝土澆筑過程中，下料時不得直接沖擊測溫元件及其引出線，振搗時，振搗器不得觸及測溫元件及其引出線。
　　8.4測溫點布置
　　(1)測溫點布置原則。
　　測溫點布置具有代表性，能全面反映大體積混凝土各部位的溫度，考慮大體積混凝土全斷面包括中心和上表面、下表面；全平面包括中部和邊角區。
　　(2)測溫點布置。
　　考慮對稱性，在筏板上布置10個平面點，豎向3個層次，包括混凝土模板溫度點，表面溫度點、環境溫度點。
　　8.5溫度監測制度
　　混凝土澆筑和養護期間，每一小時測讀一次，每1天作一次溫度分析比較。6、溫控指標。
　　根據設計要求及規范要求制定如下溫控指標：
　　(1)混凝土的內外溫差△Tmax≤25℃，超過22℃時報警。
　　(2)混凝土平均降溫速度V≤3℃，超過1.5℃時報警。
　　(3)混凝土澆筑溫度≥28℃規范要求時，嚴格檢查發生的原因，如發生異常原因對工程質量有影響的堅決制止用人本工程，同時對入模溫度較高的混凝土必須加強部位溫度監控，包括溫升速度及觀察保溫效果。
　　9　信息化監控實施步驟及其結果
　　(1)混凝土終凝后，立即采用塑料布進行密封鋪蓋作防濕養護，上面覆蓋二層麻袋作保溫養護，相互搭接確保不露出混凝土面，再在上面覆蓋一層土工棉布作防風養護。
　　(2)后續施工諸如放線、柱體對焊鋼筋必須揭開保溫層時，局部進行完工一塊覆蓋一塊。
　　(3)準備充足的保溫材料，以防止大體積混凝土實際內表溫差、降溫、溫升超出指標，根據測溫信息，一旦報警立即加蓋，并嚴密監控。
　　(4)待混凝土表層溫度與環境平均溫差小于10℃時撤消保溫養護層。
　　(5)每天對溫度變化信息作一次全面分析，根據結果采取相應的措施，確保方案的實施。
　　(6)通過監測的結果顯示，發現筏板混凝土中心的最高溫度達到59.4℃(D測點部位)，超過了理論計算的結果，當其內外溫差值達到22℃時立即報警，我們根據預案迅速采取措施加強了覆蓋，當溫差值達24.6℃時，不再上升，這時混凝土表面溫度為36.6℃；另外還發現日降溫超過3℃現象，通過分析研究，被日曬部位溫度變化較大之緣故，我們在日曬部位再加蓋一層塑料布后，日降溫始終控制在2.8℃以下，所有指標完全達到了預控目標。經過早期的養護、溫控監測和自檢，基礎筏板并未出現有害裂縫；經主管部門、業主方、監理方的聯合檢測與檢查，本工程大體積混凝土內實外光，質量良好，達到了信息化施工的目的。
　　10　結語
　　大體積混凝土裂縫的防止和預控是一項系統性工程管理，關系到工程的全面質量管理，從施工方案的確定，到機械設備的管理，原材料質量控制，混凝土攪拌、運輸、泵送澆筑，養護及鋼筋工程、棱板工程等，尤其是溫控施工技術的全面有效實施，每個環節，都必須認真細致地進行規范化實施，通過對天豪大廈基礎筏板大體積混凝土裂縫的防止和預控，我們認為，在常規施工和蓄熱養護情況下完全能控制和防止大體積混凝土的溫度裂