建筑工程基础大体积混凝土裂缝的预防

石怀亮

摘要：随着城市大型建筑工程的增多，大体积混凝土结构以其材料价廉物美、施工方便、承载力大等特点，日益受到人们的欢迎、应用越来越多。大体积混凝土的裂缝控制是一项比较复杂的施工技术，要有效控制混凝土的裂缝，必须从原材料选择、配合比设计、施工过程以及养护等各环节进行严格控制，以保证桥梁工程的使用质量。

关键词：大体积混凝土；温度控制；裂缝预防

1.背景资料

一般，大体积混凝土的裂缝是混凝士结构工程中比较常见的现象，大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m2以上的混凝土结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。其实质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，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。

因此，由于大体积混凝土在施工中极易出现开裂现象，特别是基础贯穿裂缝出现在重要的结构部位，危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，危及到建筑物的安全。所以，怎样有效地控制基础大体积混凝土裂缝的产生，成为关键问题。

2.工程概况

某大厦是一座集商业与住宅为一体的综合性现代化建筑，地下1层，地上25层，其中地下室建筑面积为9695 m2。大厦基础的其中一部分为矩形的筏板大体积混凝土，厚度为1.6m，采用C40、抗渗等级为S8的混凝土1515m3左右，施工时间是3月份，在昼夜温差不大的情况下，于30h内一次浇灌完毕。

3.大体积混凝土施工的质量控制

为了防止大体积混凝土结构裂缝的产生，在本工程基础大体积混凝土结构裂缝的控制方面，我们从控制混凝土温升、延缓混凝土降温速率、减少温度应力和抵抗收缩应力等方面，采取一系列技术措施。

3.1合理选择和控制混凝土的用料

为了避免大体积混凝土结构裂缝，在选择混凝土的用料上，应尽量使用中低热的水泥品种，合理确定配合比，尽量减少水泥用量，减少水化热，经过计算多次试配，最终与商品混凝土公司共同确定了C40混凝土的配合比，见表1。

①该项目大厦基础混凝土选用水化热低的42.5矿渣硅酸盐水泥，P.S42.5水泥热量Q P.S=334KJ/kg。②利用活性矿物掺合料──Ⅱ-粉煤灰对配合比中的水泥进行了等量代换，可以改善混凝土工作性和可泵性，明显降低混凝土水化热。③采用了UEA-ZH外加剂，用其内掺，可减少水泥用量，降低水化热，补偿混凝土的收缩。④细骨料选择。根据泵车输送管为?150mm的情况，选用5～31.5mm碎石，调整石子的级配，以免堵泵；细骨料采用的是中砂，通过0.315mm筛孔的砂不少于15%，减少水泥用量及降低混凝土干缩.⑤加入聚丙稀纤维，能增加混凝土的韧性，提高混凝土的抗拉能力。

经按相关公式计算，混凝土的绝热温升Tmax=47.9℃。

基础处于散热条件下，考虑表面一维散热，应用差分法得出散热影响系数为0.6～0.65，该工程取0.60，因该地区3月份气温在19℃左右，考虑到各种因素的综合影响，取混凝土入模温度23℃，故预测混凝土中心部位最高温度℃（未考虑UEA-ZH的作用）。

T′max=0.6 Tmax+23=51.8℃

3.2合理掺加粉煤灰

该工程施工中，在混凝土内掺入一定数量的粉煤灰等量取代水泥，在降低水泥用量和混凝土的水化热方面取得较好的效果。① 粉煤灰中的山灰反应比较迟缓，发热的速率较低，等量取代水泥可使混凝土内部顶峰温度显著降低，达到顶峰温度的时间也向后推迟，减少了水化热，防止大体积混凝土开裂。② 掺粉煤灰，粉煤灰颗粒呈球形，具有“滚珠效应”而起润滑作用，能改善混凝土的粘塑性，并可增加泵送混凝土要求的0.315mm以下细粒的含量，改善混凝土可泵送性，降低混凝土的水化热。③ 另外，根据大体积混凝土的强度特性，初期处于高温条件下，强度增长较快、较高，但后期强度就增长缓慢。这是由于高温条件下水化作用迅速，随着混凝土的龄期增长，水化作用慢慢停止的缘故，但掺加粉煤灰后，可改善混凝土的后期强度。

3.3科学使用外加剂

在基础施工中，按内掺法，每立方米混凝土掺入了34kg缓凝泵送型UEA-ZH，占水泥量的10%，所配置的混凝土坍落度提高10cm以上，凝结时间延长2～4h，泌水性和离散性均较小，混凝土强度提高，更重要的是UEA-ZH（缓凝型）的掺入，UEA-ZH混凝土能产生膨胀效应，它可以补偿混凝土收缩，从而降低混凝土收缩当量温度，减少温度应力，对大体积混凝土收缩缝控制是有利的。

3.4有序组织混凝土的施工

通过改善混凝土的施工工艺，可以在一定的程度上减少混凝土的收缩和提高其极限拉伸值εP，这对防止产生温度裂缝亦起一定的作用，因此，在施工中，应采取措施确保混凝土的质量：①加强计量管理和所用材料的管理，确保混凝土配合比的实现。②对浇筑后的混凝土进行2次振捣，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，减少内部微裂，增加混凝土密实度，使混凝土的抗压强度提高10%～20%左右，从而提高抗裂性。③采用2次投料的砂浆裹石或净浆裹石的搅拌工艺，可有效地防止水份向石子与水泥砂浆界面的集中，硬化后的界面过度层的结构致密，粘结加强，从而使混凝土强度提高10%左右，也提高了混凝土的抗拉强度和极限拉伸值。

3.5注重混凝土养护

大体积混凝土浇筑后，为了减少升温阶段内外温差，防止产生表面裂缝，给予适当的潮湿养护条件，防止混凝土的水化热降温速率延缓，减少结构计算温差，防止产生过大温度应力和产生温度裂缝，对混凝土进行保湿和保温养护是重要的。本工程采用草袋为混凝土的保温材料。大体积混凝土表面保温、保湿材料的厚度，可根据热交换原理按下式计算得δ=0.032mm，即用两层草袋。

混凝土表面温度计算，按相关公式计算得：Tb=38.1℃。

由上面计算可知，混凝土内外温差△ T=T′max-Tb=14（℃）。采用表1中的混凝土配合比能够满足YBJ1224-91《块体基础大体积施工技术规程》中混凝土浇筑块体在入模温度最大值不宜大于35℃，内部最高温度不高于75℃，内外温差不宜大于25℃的要求，能保证混凝土质量。

4.结语

在本工程中，为防止表面降温速率过快产生裂缝，科学合理地选择原材料降低水化热，在混凝土中掺加水泥用量0.08%的聚丙稀纤维，以弥补混凝土早期弹性模量最小的情况下膨胀剂起作用很小的缺陷，充分利用聚丙稀纤维与膨胀剂的不同特性，加大混凝土表面的早期抗拉强度；做好浇筑前的混凝土最高温度预测和覆盖材料厚度的计算，减少混凝土内外温差，延缓降温速率，减少温度应力；施工中，对大体积混凝土的测温工作，掌握溫度变化情况，及时采取措施。经1个多月的观察，基础混凝土表面光洁，未出现裂缝。