高層建筑大體積混凝土裂縫的防治

　　在軟土地基上建造的高層建筑，往往設(shè)計(jì)有厚實(shí)的基礎(chǔ)底板，施工中如果開裂將影響結(jié)構(gòu)的整體性并造成地下水滲漏，給整個(gè)工程帶來(lái)嚴(yán)重的危害。因此，研究防止此類大體積混凝土裂縫的控制技術(shù)是非常重要而迫切的。以下結(jié)合筆者高層建筑的施工管理的實(shí)踐，具體就大體積混凝土裂縫的預(yù)防與各位同行進(jìn)行交流探討。

　　一、高層建筑大體積混凝土常見裂縫及控制原理

　　高層建筑由于基礎(chǔ)混凝土體積大，混凝土收縮受到限制便有可能產(chǎn)生影響使用與耐久性的有害裂縫，即貫穿性裂縫（外約束裂縫）或可能發(fā)展的表面裂縫（內(nèi)約束裂縫）。

　　（一）貫穿性裂縫

　　這種裂縫特征是由交界面向上延伸，靠近基底最大而在上部較小，嚴(yán)重的會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性和穩(wěn)定性等，影響正常使用，危害嚴(yán)重。其產(chǎn)生的原因是溫度應(yīng)力作用的結(jié)果。在混凝土降溫階段，熱量逐漸散發(fā)，因溫度逐漸下降使混凝土體積產(chǎn)生收縮，同時(shí)，在硬化過程中因多余水份蒸發(fā)及碳化等原因混凝土產(chǎn)生收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束（外約束），不能自由變形，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力（拉應(yīng)力），當(dāng)兩種應(yīng)力疊加超過混凝土的抗拉極限強(qiáng)度時(shí)，則在混凝土的底面交界處附近以至混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。

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　　這種裂縫的產(chǎn)生與混凝土的內(nèi)外溫差有密切的關(guān)系。大體積混凝土結(jié)構(gòu)，澆筑后水泥的水化熱很大，由于混凝土體積大，聚積在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土的內(nèi)部溫度將顯著升高。而混凝土表面則散熱較快，這樣形成較大的內(nèi)外溫差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果在混凝土表面附近存在較大的溫度梯度，就會(huì)引起較大的表面拉應(yīng)力，此時(shí)混凝土的齡期很短，抗拉強(qiáng)度很低，如果溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力，超過此時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。這種裂縫一般產(chǎn)生很早，多呈不規(guī)則狀態(tài)，深度較淺，屬表面性質(zhì)。表面裂縫易產(chǎn)生應(yīng)力集中，能促使裂縫進(jìn)一步開展。

　　由上述分析可見，高層建筑大體積混凝土的裂縫控制，不僅要杜絕有害的貫穿性裂縫，同時(shí)也要減少或避免不影響使用的混凝土表面裂縫。

　　而根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因，我們可采取溫差與溫度應(yīng)力雙控制方法，避免結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)溫度裂縫的同時(shí)，調(diào)整混凝土表面濕度，以防止表面干縮裂縫。

　　二、主要溫控技術(shù)措施

　　大體積混凝土裂縫控制的根本原則是同齡期的溫度應(yīng)力（包括相應(yīng)齡期混凝土收縮當(dāng)量溫差產(chǎn)生的應(yīng)力）應(yīng)小于同齡期的混凝土抗拉強(qiáng)度，即要求進(jìn)行溫度應(yīng)力控制。綜合種種因素，筆者認(rèn)為，預(yù)防記層建筑大體積混凝土裂縫應(yīng)采取以下幾種措施：

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　　1．選用水化熱低、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥，以降低混凝土溫度。選擇大體積混凝土用的水泥，應(yīng)當(dāng)把混凝土的絕熱溫升和抗拉強(qiáng)度結(jié)合起來(lái)考慮，因?yàn)樗療嵝〉乃鄰?qiáng)度發(fā)展緩慢，于防止混凝土開裂不利。

　　2．摻加粉煤灰取代一部分水泥以削減水化熱產(chǎn)生的高溫峰值，同時(shí)可改善混凝土的和易性，增加混凝土的粘性減少離析和泌水，且混凝土易于振搗密實(shí)易于終飾抹面，延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間。粉煤灰最大摻量因水泥品種不同而不同，一般可取代10%～30%的水泥，但水泥用量應(yīng)不少于300kg/m3.

　　3．摻加緩凝減水劑或高效減水劑，以提高強(qiáng)度減少用水量和減少水泥用量，延長(zhǎng)混凝土達(dá)到最高溫度的時(shí)間，同時(shí)可減少干縮。一般來(lái)說(shuō)，摻減水劑的混凝土早期溫度較低。

　　4．盡可能選用最大粒徑較大、顆粒形狀好且級(jí)配良好的粗集料，避免用砂量過多，以減少水泥用量和用水量。

　　5．用低流動(dòng)性混凝土，即在施工技術(shù)允許的情況下盡可能用低坍落度混凝土（泵送混凝土坍落度一般選擇8～18cm），同時(shí)，嚴(yán)格控制水灰比，盡量減少單位體積混凝土的用水量。

　　6．當(dāng)設(shè)計(jì)有要求時(shí)，可在混凝土中填放符合要求的片石，以減少混凝土數(shù)量，降低混凝土溫度。片石大面要向下，間距不小于10cm.

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　　外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也愈高，混凝土溫度高將加速水泥的水化反應(yīng)，混凝土達(dá)到最高溫度的時(shí)間縮短，因而減少了可利用的散熱時(shí)間，不利于降低混凝土的最高溫度和減小溫差。同時(shí)，混凝土澆筑溫度增高會(huì)降低其和易性，為達(dá)到同樣的和易性就要增加用水量，這樣就會(huì)降低混凝土質(zhì)量。一般情況下，混凝土的澆筑溫度不宜大于280C.降低混凝土澆筑溫度的方法如下：

　　1．在低溫季節(jié)或環(huán)境氣溫較低的晚上、早晨澆筑混凝土。

　　2．降低材料溫度。材料堆放在涼棚內(nèi)，避免陽(yáng)光直射，或噴水冷卻集料，水泥儲(chǔ)罐應(yīng)油漆成白色或噴水冷卻。

　　3．加冰拌和。采用冷卻水或加冰拌和混凝土能有效降低混凝土入模溫度。用冰片代替部分水是一種常用方法（最大用量可達(dá)用水量的60%），但要注意在拌和終了前所使用的冰必須全部融化。

　　4．避免吸收外部環(huán)境熱量。運(yùn)輸工具、泵送管路、攪拌機(jī)等應(yīng)盡量遮蔭、包覆、淋水降溫，不但能防止混凝土升溫，還能減少混凝土坍落度損失。

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　　混凝土結(jié)構(gòu)平面尺寸愈大約束也愈大，將大體積混凝土結(jié)構(gòu)劃分為若干塊澆筑，可降低約束，但要注意避免斷面的突然變化。采用分層澆筑可利用層面的散熱來(lái)降低混凝土溫度。分塊長(zhǎng)度和分層厚度視結(jié)構(gòu)尺寸大小、現(xiàn)場(chǎng)條件、澆筑能力、工期等因素確定。分塊分層澆筑有利于降低混凝土最高溫度和內(nèi)外溫度差，同時(shí)減少約束，但澆筑過程較長(zhǎng)，不利于工期控制。

　　另外，根據(jù)混凝土整體連續(xù)澆筑的要求，當(dāng)結(jié)構(gòu)厚度不超過3m時(shí)，一般采用相對(duì)意義上的分層澆筑方案，即在整個(gè)平面或?qū)挾壬线B續(xù)澆筑厚度相當(dāng)?shù)脑S多層混凝土，在第1層混凝土澆筑完畢還未初凝前澆筑第2層混凝土，在振動(dòng)棒的振搗作用下（插入下層5～10cm）使上下層混凝土結(jié)合成整體，如此逐層進(jìn)行，直至澆筑完成。分層澆筑可分為全面分層、分段分層（又稱為臺(tái)階法），斜面分層3種方案，盡量做到在整個(gè)澆筑過程中使混凝土總的暴露面最小，以避免出現(xiàn)施工冷縫。

　?。ㄋ模┞裨O(shè)冷卻水管

　　在混凝土中預(yù)埋網(wǎng)狀水管，利用管中循環(huán)冷水的流動(dòng)來(lái)降低混凝土內(nèi)部的溫度。冷卻水可利用地下水、江水、河水、自來(lái)水等各種水源，冷卻時(shí)間一般為澆筑開始初期的5～10d，水管一般采用Ф25mm的薄鋼管，管距1～1.5m.

　　決定冷卻效率的主要因素是管距、水溫和通水時(shí)間。在水管覆蓋1層混凝土后開始通水，在混凝土達(dá)到最高溫度并開始下降后停止通水。通水持續(xù)時(shí)間應(yīng)足以保證混凝土第2次溫升小于最高溫度和避免出現(xiàn)大的溫度梯度。水管系統(tǒng)要經(jīng)過試壓不漏水檢測(cè)，確保模板安拆時(shí)不致中斷水管冷卻活動(dòng)。在降溫過程中要經(jīng)常測(cè)定混凝土內(nèi)外溫度和水溫，觀察溫度變化情況，作好記錄。通水散熱結(jié)束后，水管內(nèi)用微膨脹水泥灌筑。

　?。ㄎ澹┍砻姹嘏c保濕

　　防止混凝土開裂的一個(gè)重要原則是盡可能使新澆筑混凝土少失水分以及內(nèi)外溫差控制在允許范圍內(nèi)（不大于250C）?；炷帘砻娓稍锘蛩终舭l(fā)過快和溫度下降幅度較大時(shí)，都足以引起表面混凝土開裂且裂縫會(huì)向內(nèi)伸展。因此，要盡量長(zhǎng)時(shí)間地保溫和保持混凝土表面濕潤(rùn)，讓其表面慢慢冷卻、干燥，使混凝土能夠增長(zhǎng)強(qiáng)度以抵抗開裂拉應(yīng)力。主要有蓄水養(yǎng)護(hù)和覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)2種方式，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不少于14d.

　　筆者主持施工的廣州某職工住宅樓，設(shè)計(jì)地面以下2層，地面以上33層，采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)置在中、微風(fēng)化巖層上。筏板基礎(chǔ)長(zhǎng)77.4m，寬8～33.5m，板厚2m，中筒部位厚2.5m，集水井部位厚3～3.3mm，面積2130㎡，混凝土量為4500m3.該樓混凝土澆筑就采取了以上幾點(diǎn)措施，進(jìn)行了嚴(yán)格控制和管理，自澆筑至工程竣工，未發(fā)現(xiàn)底板出現(xiàn)裂縫和滲水，溫控效果良好。

　　實(shí)踐表明，高層建筑大體積混凝土裂縫只要采取適當(dāng)溫控措施是可以有效進(jìn)行預(yù)防的，但有一點(diǎn)值得注意的是，在混凝土澆筑前應(yīng)考察混凝土輸送泵的實(shí)際泵送能力，選用較好的泵機(jī)，并了解天氣變化情況，盡量避開雨天和高溫時(shí)間施工。在混凝土澆筑后用掃把將混凝土掃成毛面（初凝之前），對(duì)防止混凝土表面開裂也是有利的。