試論大體積砼施工裂縫控制對策研究
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【論文關(guān)鍵詞】大體積砼 冬季施工防裂 溫度應(yīng)力 蓄熱保溫
【論文摘要】隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，高層建筑、超高層建筑不斷涌現(xiàn)，各種大型場館不斷投入建設(shè)，高層建筑的箱形基礎(chǔ)或筏形基礎(chǔ)都有大體積的砼結(jié)構(gòu)，還常有深梁以及轉(zhuǎn)換層、轉(zhuǎn)換大梁，這些結(jié)構(gòu)對砼的施工技術(shù)提出了更高的要求，施工企業(yè)在具體施工過程中，常常出現(xiàn)裂縫問題，并且近年來日趨增多。
某工程總建筑面積14萬m2，根據(jù)工程進(jìn)度安排，該基礎(chǔ)砼屬于冬季大體積砼施工。其中A樓主樓地上29層、地下2層，深基坑砼為C40P8，基坑砼最深處達(dá)6.0m，一次性澆筑約2500m3；B樓主樓地上44層、地下2層，深基坑砼為C40P8，基坑砼最深處達(dá)6.9m，一次性澆筑約4500m3。本文結(jié)合該工程就有關(guān)大體積砼澆筑常見的裂縫控制問題進(jìn)行較深入的研討。
1.大體積砼溫度和溫度應(yīng)力計算
1.1砼內(nèi)部最高溫升值
該溫度為基礎(chǔ)底板砼內(nèi)部中心點(diǎn)的溫升高峰值，該溫升值一般都略小于絕熱溫升值，一般在砼澆筑后3d左右產(chǎn)生，以后趨于穩(wěn)定不再升溫，并且開始逐步降溫。由于砼內(nèi)部最高溫升值為69℃，因此將砼表面的溫度控制在44℃左右，這樣砼內(nèi)外溫差不會超過規(guī)范規(guī)定的25℃，表面溫度的控制可采取調(diào)整保溫層的厚度得以實(shí)現(xiàn)。
1.2溫度應(yīng)力計算
在砼澆筑后水化熱值達(dá)到最大時，計算此時由溫差和收縮差引起的溫度應(yīng)力。采用425號硅酸鹽水泥拌制的砼，在養(yǎng)護(hù)溫度20℃左右，齡期18d的強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的85%左右，摻加了JM-3防水劑后，齡期18d的強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的95%以上。C40砼的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值為1.71MPa/mm2，設(shè)計強(qiáng)度的95%為1625N/mm2。
砼表面溫度在18～20℃，水化熱引起最高溫度的天數(shù)在澆筑砼后3～5d，所用水泥為425硅酸鹽水泥，強(qiáng)度為37%～50%，相當(dāng)C20強(qiáng)度。如溫差控制在：△T=T1-T2=69-44=25℃H(t)=0.35σ1(+)=1.0×10-5×2.246×104×25/2×0.35=0.981.1(N/mm2)符合要求。如溫差△T控制在25℃以上如30℃時，H(t)=0.35σ1=1.0×10-5×2.246×104×30/2×S(t)
=1.18N/mm21.1Ν/mm2(承臺則會開裂)。
2.大體積砼冬季施工準(zhǔn)備工作
2.1材料選擇
2.1.1水泥
普通水泥水化熱較高，在砼內(nèi)部溫升過高，與砼表面產(chǎn)生較大的溫差，使砼內(nèi)部產(chǎn)生壓力，表面產(chǎn)生拉力。當(dāng)表面拉力超過早期砼抗拉強(qiáng)度時就會產(chǎn)生溫度裂縫，通過摻加合適的外加劑可以改善砼的性能，并提高砼的抗?jié)B能力。
2.1.2外加劑
通過分析比較及過去在其他工程上的使用經(jīng)驗(yàn)，四季仁恒項目采用JM-3砼防水劑，摻量為水泥重量的8%，該防水劑能明顯提高硬化后的砼抗?jié)B性能，同時還具有防水、降低水化熱峰值、對砼收縮有補(bǔ)償功能，可提高砼的抗裂性。
2.2現(xiàn)場準(zhǔn)備工作
2.2.1基礎(chǔ)承臺鋼筋及柱、墻插筋應(yīng)分段盡快施工完畢，并進(jìn)行隱蔽工程驗(yàn)收。
2.2.2將基礎(chǔ)底板上表面標(biāo)高抄測在柱、墻鋼筋上，并作明顯標(biāo)記，供澆筑砼時采用。
2.2.3澆筑砼時預(yù)埋的測溫管及保溫所需的塑料薄膜、草袋應(yīng)提前準(zhǔn)備好。
2.2.4管理人員、施工人員、后勤人員、測溫人員、保溫人員等晝夜排班，堅守崗位，各負(fù)其責(zé)，保證砼連續(xù)澆筑的順利進(jìn)行。
3.大體積砼冬季施工措施
3.1砼澆筑
3.1.1砼采用商品砼，用砼輸送泵將砼泵送到澆筑地點(diǎn)，需采用一臺汽車泵與3臺固定泵。
3.1.2砼澆筑時應(yīng)采用“分區(qū)定點(diǎn)、一個坡度、循序推進(jìn)、一次到頂”的澆筑工藝，劃定澆筑區(qū)域，每臺泵車負(fù)責(zé)本區(qū)域的砼澆筑，澆筑時先在一個部位進(jìn)行，直至達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，砼形成扇形向前流動，然后在其坡面上繼續(xù)澆筑，循序推進(jìn)。這種澆筑方法能較好地適應(yīng)泵送工藝，使每車砼均澆筑在前一車砼形成的坡面上，確保每層砼之間的澆筑間歇不超過規(guī)定的時間，同時可解決頻繁移動泵車的問題，也便于澆筑完的部位進(jìn)行覆蓋保溫。
3.1.3砼澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間歇時間不得超過3.5h，過時仍不能繼續(xù)澆筑時，需采取應(yīng)急措施，即在已澆筑的砼面上插&12短鋼筋，長度1m，間距500mm，呈梅花狀布置，同時將砼表面用塑料薄膜或草袋覆蓋保溫，以保證砼表面不受凍。
3.1.4由于砼坍落度比較大，會在表層鋼筋下部產(chǎn)生水分，或在表層鋼筋的上部產(chǎn)生細(xì)小裂縫。為了防止出現(xiàn)這種裂縫，在砼初凝前采取二次抹面壓實(shí)措施。
3.2砼測溫
3.2.1基礎(chǔ)底板砼澆筑時應(yīng)設(shè)專人配合預(yù)埋測溫，測溫?zé)犭娕挤謩e埋置在不同的部位。
3.2.2測溫工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，每4h測一次，持續(xù)測溫18d及砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的要求，并經(jīng)技術(shù)部門同意后方可停止測溫。
3.2.3測溫時發(fā)現(xiàn)砼內(nèi)部最高溫度與表面溫度之差達(dá)到25℃或溫度異常時，應(yīng)及時采取應(yīng)對措施。
3.3砼養(yǎng)護(hù)
3.3.1砼澆筑及二次抹面壓實(shí)后應(yīng)立即覆蓋保溫，經(jīng)計算得出先在砼表面覆蓋一層塑料薄膜，然后在上面覆蓋四層草袋內(nèi)含二層塑料薄膜，頂上再蓋一層塑料薄膜。
3.3.2新澆筑的砼水化速度比較快，蓋上塑料薄膜后進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，防止砼表面因脫水而產(chǎn)生干縮裂縫，同時可避免草袋因吸水受潮降低保溫性能。
3.3.3柱、墻插筋及后澆帶部位是保溫的難點(diǎn)，要特別注意蓋嚴(yán)，防止造成溫差較大或局部受凍。
3.4蓄熱保溫、控制內(nèi)外溫差
砼澆筑完成后(終凝前)應(yīng)對砼進(jìn)行蓄熱保溫， 控制砼表面溫度，控制降溫速率，減少溫度梯度(溫度梯度控制按JBJ224-91規(guī)程規(guī)定，砼澆灌承臺的降溫速度不宜大于1.5℃/d，因砼總體降溫緩慢，可充分發(fā)揮砼徐變特性降低溫度應(yīng)力)，使砼內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。為達(dá)到此目的要及時對砼溫度進(jìn)行測量，隨時測量內(nèi)外溫差，以調(diào)整覆蓋保溫材料厚度，當(dāng)內(nèi)外溫差小于25℃時，可逐步撤除保溫層。
3.4.1覆蓋保溫材料厚度計算
d=0.5Hλ1(Ta-Tb)K/λ2(Tmax-Ta)
d—保溫層厚度；H—砼承臺厚度(m)
λ1—保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)(W/HK)，草袋取0.055
λ2—砼導(dǎo)熱系數(shù)(W/HK)，取2.5；Tmax-砼最高溫度
Ta—砼表面溫度；Tb—大氣溫度(可按平均氣溫取值)
K—傳導(dǎo)系數(shù)修正值，取1.0
d=0.5×6.9×0.055×(44-5)×1.0/2.5×(69-44)=0.08(m)
所以應(yīng)采用四層塑料薄膜和四層草袋覆蓋養(yǎng)護(hù)。
3.4.2蓄熱保溫時間計算
按砼最高溫度69℃計算，砼澆筑后半個月內(nèi)以日平均溫度5℃計算，拆除保溫層時間以砼承臺中心溫度與外界溫差小于25℃為標(biāo)準(zhǔn)，則承臺中心最高溫度應(yīng)降到25+5=30℃以內(nèi)。最高溫度降溫數(shù)為69-30=39℃，按日平均降溫1.5℃計算，則需要39/1.5=26d，故保溫時間不得少于26d，具體應(yīng)以實(shí)測溫度計算溫差決定。
鑒于本工程為150m超高層結(jié)構(gòu)，承臺體積大，僅基礎(chǔ)大體積砼的工程造價約為700萬元左右，又值冬季施工，建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工等單位對溫控方案十分重視，經(jīng)過技術(shù)可行性方案比較，最后決定選用覆蓋蓄熱保溫法，基本上達(dá)到溫控目標(biāo)。■
【參考文獻(xiàn)】
?。郏保菝险压?李智慧,閆海義,吳云霞.冬季混凝土澆筑的熱工計算[J]．東北水利水電, 1998, (05).
［２］遲培云,楊旭,李金波.大體積混凝土的冬季冷法施工技術(shù)[J]．低溫建筑技術(shù), 2000, (03).
【論文摘要】隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，高層建筑、超高層建筑不斷涌現(xiàn)，各種大型場館不斷投入建設(shè)，高層建筑的箱形基礎(chǔ)或筏形基礎(chǔ)都有大體積的砼結(jié)構(gòu)，還常有深梁以及轉(zhuǎn)換層、轉(zhuǎn)換大梁，這些結(jié)構(gòu)對砼的施工技術(shù)提出了更高的要求，施工企業(yè)在具體施工過程中，常常出現(xiàn)裂縫問題，并且近年來日趨增多。
某工程總建筑面積14萬m2，根據(jù)工程進(jìn)度安排，該基礎(chǔ)砼屬于冬季大體積砼施工。其中A樓主樓地上29層、地下2層，深基坑砼為C40P8，基坑砼最深處達(dá)6.0m，一次性澆筑約2500m3；B樓主樓地上44層、地下2層，深基坑砼為C40P8，基坑砼最深處達(dá)6.9m，一次性澆筑約4500m3。本文結(jié)合該工程就有關(guān)大體積砼澆筑常見的裂縫控制問題進(jìn)行較深入的研討。
1.大體積砼溫度和溫度應(yīng)力計算
1.1砼內(nèi)部最高溫升值
該溫度為基礎(chǔ)底板砼內(nèi)部中心點(diǎn)的溫升高峰值，該溫升值一般都略小于絕熱溫升值，一般在砼澆筑后3d左右產(chǎn)生，以后趨于穩(wěn)定不再升溫，并且開始逐步降溫。由于砼內(nèi)部最高溫升值為69℃，因此將砼表面的溫度控制在44℃左右，這樣砼內(nèi)外溫差不會超過規(guī)范規(guī)定的25℃，表面溫度的控制可采取調(diào)整保溫層的厚度得以實(shí)現(xiàn)。
1.2溫度應(yīng)力計算
在砼澆筑后水化熱值達(dá)到最大時，計算此時由溫差和收縮差引起的溫度應(yīng)力。采用425號硅酸鹽水泥拌制的砼，在養(yǎng)護(hù)溫度20℃左右，齡期18d的強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的85%左右，摻加了JM-3防水劑后，齡期18d的強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的95%以上。C40砼的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值為1.71MPa/mm2，設(shè)計強(qiáng)度的95%為1625N/mm2。
砼表面溫度在18～20℃，水化熱引起最高溫度的天數(shù)在澆筑砼后3～5d，所用水泥為425硅酸鹽水泥，強(qiáng)度為37%～50%，相當(dāng)C20強(qiáng)度。如溫差控制在：△T=T1-T2=69-44=25℃H(t)=0.35σ1(+)=1.0×10-5×2.246×104×25/2×0.35=0.981.1(N/mm2)符合要求。如溫差△T控制在25℃以上如30℃時，H(t)=0.35σ1=1.0×10-5×2.246×104×30/2×S(t)
=1.18N/mm21.1Ν/mm2(承臺則會開裂)。
2.大體積砼冬季施工準(zhǔn)備工作
2.1材料選擇
2.1.1水泥
普通水泥水化熱較高，在砼內(nèi)部溫升過高，與砼表面產(chǎn)生較大的溫差，使砼內(nèi)部產(chǎn)生壓力，表面產(chǎn)生拉力。當(dāng)表面拉力超過早期砼抗拉強(qiáng)度時就會產(chǎn)生溫度裂縫，通過摻加合適的外加劑可以改善砼的性能，并提高砼的抗?jié)B能力。
2.1.2外加劑
通過分析比較及過去在其他工程上的使用經(jīng)驗(yàn)，四季仁恒項目采用JM-3砼防水劑，摻量為水泥重量的8%，該防水劑能明顯提高硬化后的砼抗?jié)B性能，同時還具有防水、降低水化熱峰值、對砼收縮有補(bǔ)償功能，可提高砼的抗裂性。
2.2現(xiàn)場準(zhǔn)備工作
2.2.1基礎(chǔ)承臺鋼筋及柱、墻插筋應(yīng)分段盡快施工完畢，并進(jìn)行隱蔽工程驗(yàn)收。
2.2.2將基礎(chǔ)底板上表面標(biāo)高抄測在柱、墻鋼筋上，并作明顯標(biāo)記，供澆筑砼時采用。
2.2.3澆筑砼時預(yù)埋的測溫管及保溫所需的塑料薄膜、草袋應(yīng)提前準(zhǔn)備好。
2.2.4管理人員、施工人員、后勤人員、測溫人員、保溫人員等晝夜排班，堅守崗位，各負(fù)其責(zé)，保證砼連續(xù)澆筑的順利進(jìn)行。
3.大體積砼冬季施工措施
3.1砼澆筑
3.1.1砼采用商品砼，用砼輸送泵將砼泵送到澆筑地點(diǎn)，需采用一臺汽車泵與3臺固定泵。
3.1.2砼澆筑時應(yīng)采用“分區(qū)定點(diǎn)、一個坡度、循序推進(jìn)、一次到頂”的澆筑工藝，劃定澆筑區(qū)域，每臺泵車負(fù)責(zé)本區(qū)域的砼澆筑，澆筑時先在一個部位進(jìn)行，直至達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，砼形成扇形向前流動，然后在其坡面上繼續(xù)澆筑，循序推進(jìn)。這種澆筑方法能較好地適應(yīng)泵送工藝，使每車砼均澆筑在前一車砼形成的坡面上，確保每層砼之間的澆筑間歇不超過規(guī)定的時間，同時可解決頻繁移動泵車的問題，也便于澆筑完的部位進(jìn)行覆蓋保溫。
3.1.3砼澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間歇時間不得超過3.5h，過時仍不能繼續(xù)澆筑時，需采取應(yīng)急措施，即在已澆筑的砼面上插&12短鋼筋，長度1m，間距500mm，呈梅花狀布置，同時將砼表面用塑料薄膜或草袋覆蓋保溫，以保證砼表面不受凍。
3.1.4由于砼坍落度比較大，會在表層鋼筋下部產(chǎn)生水分，或在表層鋼筋的上部產(chǎn)生細(xì)小裂縫。為了防止出現(xiàn)這種裂縫，在砼初凝前采取二次抹面壓實(shí)措施。
3.2砼測溫
3.2.1基礎(chǔ)底板砼澆筑時應(yīng)設(shè)專人配合預(yù)埋測溫，測溫?zé)犭娕挤謩e埋置在不同的部位。
3.2.2測溫工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，每4h測一次，持續(xù)測溫18d及砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的要求，并經(jīng)技術(shù)部門同意后方可停止測溫。
3.2.3測溫時發(fā)現(xiàn)砼內(nèi)部最高溫度與表面溫度之差達(dá)到25℃或溫度異常時，應(yīng)及時采取應(yīng)對措施。
3.3砼養(yǎng)護(hù)
3.3.1砼澆筑及二次抹面壓實(shí)后應(yīng)立即覆蓋保溫，經(jīng)計算得出先在砼表面覆蓋一層塑料薄膜，然后在上面覆蓋四層草袋內(nèi)含二層塑料薄膜，頂上再蓋一層塑料薄膜。
3.3.2新澆筑的砼水化速度比較快，蓋上塑料薄膜后進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，防止砼表面因脫水而產(chǎn)生干縮裂縫，同時可避免草袋因吸水受潮降低保溫性能。
3.3.3柱、墻插筋及后澆帶部位是保溫的難點(diǎn)，要特別注意蓋嚴(yán)，防止造成溫差較大或局部受凍。
3.4蓄熱保溫、控制內(nèi)外溫差
砼澆筑完成后(終凝前)應(yīng)對砼進(jìn)行蓄熱保溫， 控制砼表面溫度，控制降溫速率，減少溫度梯度(溫度梯度控制按JBJ224-91規(guī)程規(guī)定，砼澆灌承臺的降溫速度不宜大于1.5℃/d，因砼總體降溫緩慢，可充分發(fā)揮砼徐變特性降低溫度應(yīng)力)，使砼內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。為達(dá)到此目的要及時對砼溫度進(jìn)行測量，隨時測量內(nèi)外溫差，以調(diào)整覆蓋保溫材料厚度，當(dāng)內(nèi)外溫差小于25℃時，可逐步撤除保溫層。
3.4.1覆蓋保溫材料厚度計算
d=0.5Hλ1(Ta-Tb)K/λ2(Tmax-Ta)
d—保溫層厚度；H—砼承臺厚度(m)
λ1—保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)(W/HK)，草袋取0.055
λ2—砼導(dǎo)熱系數(shù)(W/HK)，取2.5；Tmax-砼最高溫度
Ta—砼表面溫度；Tb—大氣溫度(可按平均氣溫取值)
K—傳導(dǎo)系數(shù)修正值，取1.0
d=0.5×6.9×0.055×(44-5)×1.0/2.5×(69-44)=0.08(m)
所以應(yīng)采用四層塑料薄膜和四層草袋覆蓋養(yǎng)護(hù)。
3.4.2蓄熱保溫時間計算
按砼最高溫度69℃計算，砼澆筑后半個月內(nèi)以日平均溫度5℃計算，拆除保溫層時間以砼承臺中心溫度與外界溫差小于25℃為標(biāo)準(zhǔn)，則承臺中心最高溫度應(yīng)降到25+5=30℃以內(nèi)。最高溫度降溫數(shù)為69-30=39℃，按日平均降溫1.5℃計算，則需要39/1.5=26d，故保溫時間不得少于26d，具體應(yīng)以實(shí)測溫度計算溫差決定。
鑒于本工程為150m超高層結(jié)構(gòu)，承臺體積大，僅基礎(chǔ)大體積砼的工程造價約為700萬元左右，又值冬季施工，建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工等單位對溫控方案十分重視，經(jīng)過技術(shù)可行性方案比較，最后決定選用覆蓋蓄熱保溫法，基本上達(dá)到溫控目標(biāo)。■
【參考文獻(xiàn)】
?。郏保菝险压?李智慧,閆海義,吳云霞.冬季混凝土澆筑的熱工計算[J]．東北水利水電, 1998, (05).
［２］遲培云,楊旭,李金波.大體積混凝土的冬季冷法施工技術(shù)[J]．低溫建筑技術(shù), 2000, (03).