控制地下室底板大體積混凝土裂縫的技術(shù)措施

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[提  要]  闡述地下室底板大體積混凝土由于溫度應(yīng)力和干縮應(yīng)力的作用下，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，原因分析，預(yù)防措施來(lái)確保結(jié)構(gòu)安全度及使用功能。

[關(guān)鍵詞]  溫度應(yīng)力、干縮應(yīng)力、貫穿性裂縫、非貫穿性裂縫。         1裂縫的特征 該裂縫稱為內(nèi)約束裂縫，有走向規(guī)則不定，但結(jié)構(gòu)屬于梁板體系或較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊，大體積或大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯(cuò)。屬于收縮性貫穿裂縫，裂縫寬度隨著溫度變化而變化。另一種屬于物體表面與外界氣候的溫差，引起構(gòu)件表面急劇收縮，產(chǎn)生表層無(wú)規(guī)則的淺層裂縫及構(gòu)件表面與構(gòu)件的中心溫差與收縮產(chǎn)生表面較深層裂縫，但屬非貫穿性裂縫。 2危害性 貫穿性裂縫，地下室底板將引起底板漏水，影響結(jié)構(gòu)安全度及使用功能，這種裂縫是致命的。表層產(chǎn)生淺層及深層的溫差收縮裂縫，雖然是非貫穿性裂縫，但必須加以處理和補(bǔ)強(qiáng)措施，否則也會(huì)影響使用年限。 3原因分析 3.1水泥選用不當(dāng)，水化熱過(guò)高 水泥水化熱引起溫度應(yīng)力和溫度變形而產(chǎn)生裂縫。水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生大量熱量，每克水泥水化放熱量約達(dá)120cal/g，混凝土內(nèi)部升溫約在300c以上。當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面溫度差大時(shí)，就產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形，混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力與混凝土厚度及水泥用量，品種有關(guān)，與混凝土結(jié)構(gòu)尺寸愈大，厚度愈厚，溫度應(yīng)力愈大，引起裂縫的可能性愈大。 3.2混凝土內(nèi)外約束條件的影響 大體積鋼筋混凝土與地基澆筑在一起，當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度變形時(shí)，受到地基的限制，而產(chǎn)生外部約束應(yīng)力，當(dāng)混凝土升溫時(shí)，產(chǎn)生膨脹變形約束，中心產(chǎn)生壓應(yīng)力，此時(shí)混凝土彈性模量小，徐變和應(yīng)力松馳度大，使混凝土與地基連接不牢固。當(dāng)溫度下降，中心產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，此時(shí)混凝土抗拉強(qiáng)度低于溫度產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，混凝土將出現(xiàn)垂直裂縫，此裂縫往往是貫穿性裂縫，這是影響到結(jié)構(gòu)安全度和使用功能，是致命的裂縫。當(dāng)混凝土內(nèi)部由于水泥水化熱而形成結(jié)構(gòu)中心升溫高，熱膨脹大，中心產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度和鋼筋的約束力，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生深層裂縫，是非貫穿性裂縫也會(huì)影響使用年限。 3.3外界氣溫度化的影響 大體積混凝土在施工階段，常受到外界氣溫變化的影響，外界氣溫越高，澆筑溫度也愈高，當(dāng)氣溫下降，特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加外層混凝土內(nèi)部的溫度梯度，會(huì)造成溫差與溫度應(yīng)力，使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。 3.4混凝土的收縮變形的影響 （1）混凝土塑性收縮變形發(fā)生在混凝土硬化之前，混凝土仍處于塑性狀態(tài)，它產(chǎn)生主要是上部混凝土的沉降受到鋼筋和骨料限制或平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難，這就會(huì)形成不規(guī)則的深層裂縫，這種裂縫通常是互相平行。 （2）混凝土的體積變形，混凝土在終凝后體積產(chǎn)生變化，有可能產(chǎn)生收縮或膨脹，隨之溫度變化而變化。 （3）干燥收縮是混凝土中的水份80%要蒸發(fā)，20%水份是硬化所需。隨著水份蒸發(fā)就會(huì)出現(xiàn)干燥收縮，表面干燥收縮快，中心干燥收縮慢，表面收縮應(yīng)力受到中心收縮應(yīng)力的約束，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。 （4）混凝土勻質(zhì)性影響，配合比不嚴(yán)格計(jì)量，其坍落度，外加劑，骨料粒徑不同及振搗密實(shí)度不同，造成混凝土的彈性模量不同，形成收縮變形不均勻，導(dǎo)致應(yīng)力集中而引起裂縫。 （5）結(jié)構(gòu)造型差異顯殊，厚度差別較大或留孔，留槽都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中而形成裂縫。 4采取對(duì)策 （1）降低混凝土中水泥在水化過(guò)程中的水化熱，減少混凝土在施工過(guò)程中由于溫差過(guò)大產(chǎn)生膨脹與收縮應(yīng)力。 （2）延長(zhǎng)混凝土初凝及終凝時(shí)間，因?yàn)樗嘣谒目偘l(fā)熱量是個(gè)常數(shù)，延長(zhǎng)升溫與降溫時(shí)間，不致于使溫度梯度產(chǎn)生峰值，使膨脹與收縮的應(yīng)力達(dá)到最高值，裂縫迅速加大。 （3）合理選用混凝土粗細(xì)骨料，水灰比，摻適量微膨脹劑，緩凝劑，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自應(yīng)力，來(lái)提高混凝土的抗拉能力，減少由于熱脹冷縮產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫及提高抗?jié)B能力。 （4）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮大體積砼中水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生溫度應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的不利因素。所以結(jié)構(gòu)的配筋應(yīng)增加由于溫度應(yīng)力產(chǎn)生附加應(yīng)力的配筋，或采用鋼纖維混凝土，可以大大提高混凝土內(nèi)部的抗拉強(qiáng)度，這是減少或消除結(jié)構(gòu)裂縫的重要構(gòu)造措施。 （5）加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，采取有效表層保溫，保濕措施，使外界氣溫與混凝土表面溫差不宜過(guò)大，散熱過(guò)快，并保持足夠水份，使混凝土水化與凝固更完善，減少溫度梯度，膨脹與收縮更均勻。 5控制措施 （1）減少混凝土中水泥的水化熱，應(yīng)選用低水化熱礦渣水泥，其標(biāo)號(hào)不低于425#最好用525#標(biāo)號(hào)，水泥用量少，水化熱低，同時(shí)在混凝土摻些一級(jí)或二級(jí)粉煤灰，它是一種活性材料，可以代替部分水泥，減少水泥用量，降低水化熱，加強(qiáng)了粉末效應(yīng)，提高混凝土和易性，減少水灰比，增加混凝土的密實(shí)性和提高混凝土抗拉強(qiáng)度，降低混凝土的彈性模量，減少干縮。當(dāng)每立方米混凝土摻入適當(dāng)粉煤灰，降低水化熱，提高混凝土強(qiáng)度，改善裂縫是行之有效的措施。 （2）混凝土的收縮隨之粗細(xì)骨料的含泥量增加而增加，隨著粗細(xì)骨料的粒徑加大而減少，石子含泥量必須少1%，砂、用中粗砂、其含泥量應(yīng)不少于2%，這是減少干縮應(yīng)力，控制混凝土收縮裂縫的重要措施。 （3）嚴(yán)格控制水灰比，水是影響混凝土收縮主要因素，因混凝土中水份大部分蒸發(fā)引起混凝土內(nèi)部形成很多毛細(xì)孔，降低混凝土抗拉強(qiáng)度、收縮變形也同時(shí)發(fā)生，因此采用減水劑、減少水灰比，改善混凝土和易性，從而提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，減少內(nèi)約束應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。 （4）配制混凝土加入適量緩凝劑、來(lái)延長(zhǎng)初凝和終凝時(shí)間，使混凝土內(nèi)部升溫和降溫不出現(xiàn)溫度梯度峰值，即是升溫最高值，充分發(fā)揮混凝土自身強(qiáng)度潛力和材料松馳的特征，使混凝土的抗拉強(qiáng)度大于溫差應(yīng)力，減少裂縫產(chǎn)生。 （5）對(duì)澆注混凝土采用有效保濕、保濕的保養(yǎng)措施、在混凝土表面用麻袋或草袋覆蓋，并用清水澆濕，盡量減少混凝土表面熱擴(kuò)散快、溫差大、降低外界環(huán)境與混凝土表面的溫差值，減少溫差應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。 6工程實(shí)踐 6.1工程概況 廈門藍(lán)月灣二期1#樓工程地下一層、地上十二層，總高46.95米，全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，主樓與裙樓不設(shè)結(jié)構(gòu)縫，其中部設(shè)后澆帶，地下室總長(zhǎng)度53.3米，總寬度29.55米，地下室板厚450m，最厚550mm，混凝土為C35，抗?jié)BS6，底板混凝土總量為2400m3，配主筋  16@200，底層一層向上，上部配  16@200，一層雙向，其中部用10垂直梅花拉結(jié)筋，將上下層的板筋拉結(jié)。底板總用鋼量282噸，（不包括增加垂直拉結(jié)筋）要求混凝土一次澆筑完成，不允許出現(xiàn)有害裂縫，保證底板的整體性及設(shè)計(jì)強(qiáng)度和剛度，施工時(shí)間2004年6月中旬，室外溫度350C施工。 6.2施工過(guò)程技術(shù)措施 6.2.1選材 水泥選用低熱礦渣425#水泥，外加劑采用NF高效減水劑，減水率16.5%，緩凝時(shí)間8-10h。粗骨料級(jí)配為10—31.5mm，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)要大、采用中砂，粗細(xì)骨含泥理低于規(guī)范要求。 6.2.2配合比 425#礦渣水泥：水：砂子：石子：NF高效減水劑：粉煤灰=290：170：732：1100：7.16：108 6.2.3溫度計(jì)算結(jié)果 a混凝土內(nèi)最高溫度 根據(jù)公式Tc=W.C.Q / Cρ×0.83+FA / 50 =[(290×0.97×335) / （0.97×2400）]×0.83+108 /50=35.760C b出罐溫度：T1=TC—0.16（TC-Td）=270C c澆筑溫度：Tj=Tc+（Tg-Tc）（A1+A2+A3）=36.80C d砼實(shí)際最高溫度 Tmax=T1+Tj=35.76+36.8=72.560C 由此可見(jiàn)混凝土表面溫度與內(nèi)部最高溫度經(jīng)計(jì)算超過(guò)250C,故表面采用麻袋澆水覆蓋保溫,保濕養(yǎng)護(hù),此舉能使混凝土表面與混凝土內(nèi)部溫差在250C以內(nèi)以及混凝土表面溫度與環(huán)境溫度差也維持在250C以內(nèi)。 6.2.4商品混凝土供應(yīng) 延長(zhǎng)初凝時(shí)間3h，動(dòng)用4臺(tái)攪拌車，每小時(shí)澆筑25m3，連續(xù)日夜?jié)补嗷炷亮?00m3，4天完成澆筑任務(wù)。分兩段同時(shí)并進(jìn)澆筑，循序漸進(jìn)一次澆筑到頂，拌和車、斜漏斗、斗車、運(yùn)輸?shù)老鄬?duì)固定供料，設(shè)專人負(fù)責(zé)指揮調(diào)度，避免供料不均出現(xiàn)施工冷縫。配8臺(tái)φ50插入式振動(dòng)棒，配5臺(tái)平板振動(dòng)器（包括備用），按順序振搗密實(shí)，特別注意卸料口，底部轉(zhuǎn)角點(diǎn)等易漏振的地方，加強(qiáng)專人監(jiān)督，嚴(yán)格操作要求，（即插入深度，間距及振動(dòng)時(shí)間。）保證混凝土振搗密實(shí)。 6.2.5溫度監(jiān)測(cè) 加強(qiáng)混凝土內(nèi)外溫度測(cè)試是保證大體積混凝土質(zhì)量的重要手段。根據(jù)溫度變化的情況及時(shí)采用相應(yīng)保溫，保濕等技術(shù)措施，避免由于溫差大，而產(chǎn)生對(duì)結(jié)構(gòu)有害的裂縫。本工程布置10個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，采用傳統(tǒng)測(cè)溫測(cè)試方式，堅(jiān)持24h連續(xù)測(cè)溫，待砼終凝后每2h測(cè)一次，8d后測(cè)4h測(cè)一次，并專人負(fù)責(zé)記錄，整理全部測(cè)溫資料。經(jīng)測(cè)試10天，表面最高溫度68.50C，表面最低溫度38.30C，高低平均溫差30.20C，混凝土中心最高溫度87.30C,最低溫度58.70C,平均溫差28.50C。 6.2.6試塊強(qiáng)度 按規(guī)定做12組抗壓試塊12組均超過(guò)C40，最大值48.2MPa，抗?jié)B試塊做4組，均達(dá)到抗?jié)BS6要求，最大值為0.65MPa抗?jié)B值，該工程由于采取的技術(shù)措施和管理措施得當(dāng)，底板無(wú)出現(xiàn)裂縫，取得較好效果。