高層建筑筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工溫度裂縫控制

摘 要：混凝土溫度裂縫的控制一直是施工中的難題，尤其是大體積混凝土不易散熱，內(nèi)外溫差過大易引起溫度裂縫，甚至?xí)绊懙交炷两Y(jié)構(gòu)的安全和性能。本文以某工程的筏板基礎(chǔ)大體積混凝土施工為例，通過對大體積混凝土裂縫的分析，從大體積混凝土的配制、澆筑、養(yǎng)護(hù)及溫度場的智能監(jiān)控方面提出了溫度裂縫的控制措施，為了類似工程的施工提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；溫度裂縫；控制措施；智能監(jiān)控

隨著建筑施工技術(shù)的不斷發(fā)展，大體積混凝土在現(xiàn)代建筑工程中已得到廣泛應(yīng)用。但是與很多混凝土工程一樣，溫度裂縫始終是施工中難以解決的質(zhì)量通病。這是因為大體積混凝土由于一次澆注量較大、厚度較大、強(qiáng)度等級較高、溫升值高等特點，如果施工中不采取措施，澆注后很容易出現(xiàn)裂縫。因此，在大體積施工中，如何控制混凝土施工溫度裂縫是保證工程質(zhì)量的首要問題。

1 工程概況

某人防地下室采取筏板基礎(chǔ)，筏板厚度達(dá)到1100mm，而且地下室面積較大，是典型的大體積混凝土施工。針對此，本工程一方面對地下室的大體積混凝土施工采取一些列的抗裂措施，另一方面對本地下車庫共分三大塊澆筑，按設(shè)計留置后澆帶。

2 大體積混凝土裂縫分析

從研究結(jié)果表明大體積混凝裂縫可分為貫穿型裂縫、深層型裂縫和表面型裂縫三種。貫穿型裂縫通常由于混凝土表面的裂縫發(fā)展產(chǎn)生，漸漸產(chǎn)生深層次的裂縫，最終就形成了貫穿型的裂縫形式。貫穿型裂縫能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)斷面切斷，而且對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體性都有破壞效應(yīng)，具有非常嚴(yán)重的危害性威脅。深層型裂縫能夠?qū)Y(jié)構(gòu)斷面局部進(jìn)行切斷，同樣具有相當(dāng)大的危害性，表面型裂縫通常危害性就比較小。產(chǎn)生的局部裂縫收到環(huán)境影響較大，而且所產(chǎn)生的裂縫也不全都對結(jié)構(gòu)安全造成絕對影響，只要滿足最大允許值就是安全的。根據(jù)文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，大體積混凝土溫度裂縫出現(xiàn)的機(jī)理主要有兩個，一是取決于混凝土的內(nèi)部因素，內(nèi)外的溫差產(chǎn)生裂縫，二是外部因素，混凝土各個質(zhì)點之間約束作用及結(jié)構(gòu)外部的約束效果阻礙了混凝土的收縮等變形。混凝土材料的抗壓強(qiáng)度比較大，能夠承受的抗拉強(qiáng)度小得多，一旦受到超過混凝土可以承受的設(shè)計抗拉強(qiáng)度的溫度應(yīng)力則會產(chǎn)生裂縫，對其控制必須著重考慮。施工中出現(xiàn)的裂縫原因很多，筆者以下做了幾點總結(jié)。

（1）水泥水化熱作用影響。水泥的水化過程不斷釋放熱量，大體積混凝土的結(jié)構(gòu)斷面又比較厚，其表面系數(shù)較小，水泥水化放熱更容易在內(nèi)部聚集難以散失。這種情況下混凝土的內(nèi)部水化熱不能及時的向外散發(fā)，繼而溫度越積越高，最終產(chǎn)生較大的內(nèi)外溫差。

（2）外界氣溫的變化作用。進(jìn)行大體積混凝土施工時，其澆筑溫度是隨著外部的溫度而變化的，尤其是當(dāng)溫度驟降的時候，內(nèi)外層的混凝土溫差增大迅速，非常不利于大體積混凝土性能保證。

（3）混凝士收縮的影響。將近20%的混凝土內(nèi)部水分在水泥硬化過程中需要用到，剩下的將近80%水分蒸發(fā)掉。這一過程中會有部分水分多余在混凝土中，繼而造成混凝土的收縮。根本上來講，混凝土的收縮很大部分原因是其內(nèi)部的水分蒸發(fā)所致，接著就引起了混凝土的開裂。

3 大體積混凝土的溫度場模擬

大體積混凝土溫度場分布較為復(fù)雜，一般來說內(nèi)部溫度高，外邊溫度低，這樣造成混凝土內(nèi)部膨脹，而外部由于溫度接近自然溫度，一般不會膨脹，這就造成大體積混凝土更容易發(fā)生破壞。而了解大體積混凝土溫度場的分布對于我們采取措施降低大體積混凝土的溫度有很大的益處。通過COMSOL多物理場軟件，可以通過有限元的辦法預(yù)測出大體積混凝土的溫度場分布。COMSOL工作原理是使用偏微分方程和邊界條件求解溫度場，對于大體積混凝土的內(nèi)部高溫處與低溫處的連接面可以采用第三類邊界條件，同時考慮連續(xù)邊界條件，如果內(nèi)部有其它材料，此邊界條件將發(fā)生變化。上述定解問題是目前對鋼管混凝土溫度場計算理論描述最完整的數(shù)學(xué)物理模型，可能部分學(xué)者根據(jù)自己的研究對其中部分參數(shù)的取值做了簡化或根據(jù)自己實驗取值，或是根據(jù)研究對象的幾何形狀不同對控制方程進(jìn)行了簡化處理。帶保護(hù)層的溫度場技術(shù)和上面類似，只需要增加保護(hù)層區(qū)域的相關(guān)參數(shù)。對大體積混凝土的多物理場有限元模擬結(jié)果如圖1所示。從計算來看，溫度場從內(nèi)向外是溫度依次降低，并且溫度場的分布較為均勻。

圖1 有限模擬溫度場

4 大體積混凝土施工溫度裂縫控制

4.1 大體積混凝土的配制方法

大體積混凝土要減少溫度的影響，首先要從其配制的材料及方法入手。大體積混凝土所選用的原材料應(yīng)注意以下幾點：①對于骨料的選擇，粗骨料宜采用連續(xù)級配，而細(xì)骨料宜采用中砂；②外加劑宜采用緩凝劑、減水劑，摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等，適當(dāng)?shù)臅r候可以采用硅灰；③大體積混凝土在保證混凝土強(qiáng)度及坍落度要求的前提下，應(yīng)盡量降低水泥用量，并提高摻合料及骨料的含量，這樣可以保證水化熱減少；④水泥應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥；⑤摻加碳纖維。碳纖維有很好的柔韌性，其抗拉性能相當(dāng)優(yōu)越，它摻入到大體積混凝之中去，對提高大體積混凝土的抗裂性能大有益處。

4.2 大體積混凝土的澆筑技術(shù)

澆筑大體積混凝土應(yīng)采用合理有效的降溫澆筑技術(shù)，通過結(jié)合工程實踐，筆者總結(jié)可采用以下幾種方法：

（1）全面分層。全面分層是指在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，這種澆筑可以避免大體積混凝土在豎向產(chǎn)生膨脹。

（2）分段分層。分段分層澆筑是指在混凝土澆筑時，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，這種方法可以使得大體積混凝土之間有伸縮縫，這樣即使內(nèi)部有膨脹，這種膨脹的影響也不大。

（3）斜面分層。對于斜面的施工，要求斜面的坡度不超過1/3，適用于結(jié)構(gòu)的長度大大超過厚度3倍的情況?；炷翉臐仓酉露碎_始，逐漸上移。這種澆筑可避免溫度產(chǎn)生的影響。

4.3 大體積混凝土養(yǎng)護(hù)措施

大體積混凝土養(yǎng)護(hù)關(guān)乎到后期的大體積混凝土膨脹裂縫是否出現(xiàn)，是非常關(guān)鍵的時期，采取人為溫度的控制以預(yù)防溫度變形而造成的混凝土開裂，如控制混凝土澆筑溫度及混凝土內(nèi)部最高溫度。在混凝土養(yǎng)護(hù)期間確保對大體積混凝土表面的溫度同環(huán)境最低的溫度差值和大體積混凝土中心的溫度同大體積混凝土表面的溫度差值的絕對值小于20℃。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)擁有了足夠抗裂能力的時候，上述溫度差值絕對值小于20～30℃。完成混凝土拆模之后，混凝土溫度差值小于20℃，這里的溫度差值包含表面的溫度、中心的溫度及外界氣溫三者之間溫度差值。

4.4 大體積混凝土溫度場的智能監(jiān)控

目前對于大體積混凝土可以預(yù)先在澆筑之前在其內(nèi)部埋入熱電藕，熱電藕通過導(dǎo)線與外界相連，在外面可以用電腦連接熱電藕。當(dāng)大體積混凝土澆筑完畢時，其內(nèi)部的溫度會隨著水化的進(jìn)行而升高，通過熱電藕以及計算機(jī)，可以知道其內(nèi)部各個位置的溫度分布，并據(jù)此對大體積混凝土的內(nèi)部采取降溫的措施。目前智能監(jiān)控還沒有在大體積混凝土工程中使用，這項技術(shù)目前可以推廣，從而監(jiān)測大體積混凝土內(nèi)部溫度變化。

溫度傳感器品種眾多，選擇一合適的溫度傳感器是本電路設(shè)計的關(guān)鍵所在。熱電藕由于熱電勢較小，因而靈敏度較低；熱敏電阻由于非線性而影響其精度；鉑電阻溫度傳感器由于成本高，在一般小系統(tǒng)中很少使用。考慮到本電路設(shè)計用的是89S51微處理器我們選擇由美信公司免費提供的DS18B20溫度傳感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理，且每片DS1820都有唯一的產(chǎn)品號并可存入其ROM中，以使在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛任意多個DS1820芯片。

5 結(jié)語

目前，筏板基礎(chǔ)大體積混凝土已順利施工，實體強(qiáng)度合格，未出現(xiàn)裂縫，保證了工程質(zhì)量，也大大縮短了工程工期，為工程的順利竣工打下了堅實的基礎(chǔ)。這也說明了本工程混凝土施工溫度裂縫的控制是有效的，其經(jīng)驗可供類似工程參考。

參考文獻(xiàn)

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