2018在高温差中大体积混凝土施工裂缝控制要点

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　　摘要: 在建筑施工中混凝土常常出现温度裂缝,从而影响结构的整体性和耐久性;笔者通过工程实例,分析了大体积混凝土在施工中因为温差容易出现的问题以及为避免裂缝出现所采取的技术措施。
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　　[关键词] 建筑工程; 高温差；大体积混凝土;裂缝控制;温度应力；控制措施
　　1引言
　　改革开放近三十多年来,随着我国经济的迅猛发展,我国的建筑业也取得了辉煌的成就。混凝土在现代工程建设中占有重要地位。大体积混凝土工程在当今建(构)筑物中应用相当广泛,水工结构大部分工程都应该视为大体积混凝土工程。在工业与民用建筑中,大体积混凝土工程主要出现在连续墙式结构、地下构筑物及设备基础等,这部分大体积混凝土结构均为地下或半地下建筑,有防水要求,钢筋混凝土需控制裂缝开展;大体积混凝土结构一般不存在承载力不足问题。大体积混凝土结构由于混凝土内部水化热使温升较高,混凝土外表面降温散热较快,混凝土内外温差很大;而且,当混凝土水化热升温完成整体温度开始下降时,混凝土中心产生较大拉应力,此时,如果混凝土抗拉强度低于降温产生拉应力,混凝土将产生垂直裂缝,此裂缝往往是贯通裂缝。综上所述,降温变形和混凝土自身收缩变形受到约束,则混凝土产生(非)贯通裂缝。
　　国内外对于大体积混凝土的设计施工都有相似的规范要求:东欧一些国家要求连续式结构的伸缩缝间距,处于室内和土中者40m,露天者25m;法国一些连续墙式结构设计采用30~40m的伸缩缝间距;我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)规定,处于室内和土中的框架结构、剪力墙结构,伸缩缝最大间距宜为55m、45m。纵观各国家对于大体积混凝土结构都依靠伸缩缝来控制裂缝,这种技术措施施工繁琐、防水不易做好,并且对抗震不利。在工业与民用建筑中,主要是通过结构设计(如配温度构造钢筋)、施工(设施工后浇带或
　　利用混凝土后期60天强度作为设计值)和材料(如采用低水化热水泥)三方面综合考虑,采用适合工程特点的技术措施,避免或减小裂缝的出现。
　　2大体积混凝土结构裂缝成因
　　(1)收缩裂缝
　　混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土的用水量和水泥用量,用水量和水泥用量越高,混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同,干缩、收缩的量也不同。混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩,会产生很大的收缩应力。如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝。在大体积混凝土里,即使水灰比并不高,自身收缩量值也不大,但是混凝土收缩应力与温度收缩应力叠加到一起,就会使应力增大,所以在水工大坝施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。
　　(2)温差裂缝
　　主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差产生的非贯通裂缝以及混凝土成型过程中水化热温升使之经历的最高温度和最低温度之间的温差产生的贯通裂缝。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑,浇筑后,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成了较大的温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。此时,混凝土龄期短,抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度时,则会在混凝土表面产生非贯通裂缝。同时,混凝土在浇注以后大约第3天水化热升温达到峰值,继续散热引起温度下降,随着时间逐渐衰减,延续10~30天,此种情况下的温度下降将产生贯通裂缝。
　　3工程概况
　　某高层建筑,地下二层,地上18层,局部20层,建筑总高79.40m,结构形式为框架-核心筒结构。基础底板平面如图1所示。
　　
　　基础形式为:主楼为带梁筏板,裙房为条形基础加防水板。板底标高为-19.2~-21.1m。板厚:主楼筏板1400mm,裙房防水板厚450~650mm,底板面积为3500m2,属于大体积混凝土基础筏板。地梁截面为:1000mm×1700mm、1600mm×2600mm,混凝土强度为:C40/S12。
　　基础底板大体积混凝土在2008年1月浇注,混凝土总浇注量为4607.915m3。基础采用天然地基,基础垫层和基础之间采用三毡四油防水层,竖向构件对基础筏板的自由收缩约束较弱。
　　4工程裂缝控制措施
　　41大体积混凝土抗裂计算
　　(1)绝热升温计算水泥、粉煤灰水化引起的混凝土绝热最高升温温度T max(℃):
　　
　　
　　
　　式中,Ta为大气温度(℃);W水泥为每m3混凝土中水泥的实际用量,数据来自混凝土公司的开盘鉴定报告;W粉煤灰为每m3混凝土中粉煤灰的实际用量,数据来自混凝土配合比;Q水泥,Q粉煤灰分别为水泥和粉煤灰的水化热(J/kg); C为混凝土的比热,取0.96×103J/(kg℃);γ为混凝土的重度,取2400kg/m3。
　　基础处于散热条件下,忽略侧面散热,考虑上下表面一维散热,散热影响系数约为0.6,故水化热温升为:
　　T= 0.6×50 = 30℃> 25℃
　　因此,产生贯通性裂缝的概率很高。
　　(2)混凝土表面温度模板及保温层的传热系数β为:
　　
　　
　　其中,δi为各种保温材料的厚度(m);λi为各种保温材料的导热系数〔W/(mK)〕;βa为空气层传热系数,可取为23 W/(m2K)。
　　混凝土的虚厚度h′为:
　　
　　式中,K为计算折减系数,可取为0.666;λ为混凝土的导热系数,可取2.33W/(m×K)。
　　混凝土的计算厚度H(m)为:
　　
　　其中,h为混凝土的实际厚度(m)。
　　混凝土表面温度:
　　
　　
　　水泥、粉煤灰水化引起的混凝土绝热最高升温温度T max=Ta+50℃,忽略大气温度Ta,则,T max-T表面= 50-28 = 22℃