大体积混凝土裂缝施工控制.pdf

大体积混凝土裂缝施工控制 张洪波’ 顾锐 1 ． 淮阴师范学院城市与环境学院 淮安 2 2 3 3 0 0 ；2 ． 淮阴师范学院后勤集团 淮安 2 2 3 3 0 0 摘要：大体积混凝土的裂缝控制在基础施工中的探讨和研究已经很成熟，但对其在地下室墙板上的使用并没有引起足 够重视 ，影响到结构的整体性、耐久性和防水性。从分析地下室墙板大体积混凝土裂缝产生机理入手，指出了裂缝产 生 的主要原 因，并结合工程实例 ，提出地下室墙板 大体积混凝土的裂缝施 工控制措施 ，可为类似 工程施工提供参考。 关键词 ：大体积混凝土 裂缝 控制 措施 中图分类号：T U 7 5 5 ． 7 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 4 — 1 0 0 1 ( 2 0 1 4 ) 1 2 - 1 3 8 2 — 0 3 Co n s t r u c t i o n Co n t r o I o v e r Ma s s Co n c r e t e Cr a c k Zh an g Hongb o ’ Gu Rui 1 ． Sc h o o l o f Ur br a a n d En v i o n me n t Sc i e n c e s o f Hu a iy i n No r ma l Un iv e r s it y Hu a i ’ a n 2 2 3 3 0 0 2． Hu a i y i n N o r ma l Un iv e r s it y L o g is t i c s Gr ou p Hu a i ’an 2 2 3 3 0 0 1 工程概 况 某 医院直线加速器机房位于地下室1 层 ，其平面尺寸 为2 4 ． 9 3 m1 1 ． 9 5 m，高6 ． 2 6 m，墙体最大厚度为2 ． 7 m， 顶板最大厚度为2 ．8 m。属于大体积混凝土。采用混凝土强 度等级为C 4 5，抗渗等级P 8 。 2 大体积混凝土裂缝成因及温度裂缝形式n { 混凝土裂缝产生的原 因包括荷载作用、温度作用、干 湿作用、基础位移。其中温度作用是大体积混凝土裂缝产 生的主 要原 因。 对于大体积混凝土，其外部的水化热量散失较快，而 积聚在结构内部的水化热则不易散失 ，造成混凝土各部位 之间的温度差和温度应力 ，温度应力和温度差成正比。 当 这种温度应力超过混凝土的内外约束应力 ( 包括混凝土抗 拉强度 )时 ，就会产生温度裂缝。 大体积混凝土产生温度裂缝主要有以下2个原因： ( a)大体积混凝土中的水泥所产生的水化热引起的温 度差 ： ( b)内部约束及外部约束。 温度裂缝分为2种形式： ( a)表面裂缝。大体积混凝 土浇筑初期 ( 即温度上 升阶段 )，水泥水化产生大量水化热 ，形成外低 内高的温 差，这种温差会使大体积混凝土内部温度 分布不均匀 ，引 起质点发生的变形不一致 ，从而产生 内约束。大体积混凝 土中心由于温度较高，所产生 的热膨胀也较表面大 ，因而 —一 作者简介 ：张洪波 ( 1 9 7 7 一)，男，硕士研究生，讲师。 通讯地址 ：江苏省淮安市长江西路i 1 1 号 ( 2 2 3 3 0 0 )。 收稿 日期 ：2 01 4 — 0 8 — 1 3 1 3 8 2 1 建 筑 施 工第 3 6 卷笫 1 2 期 在混凝土中心产生压应力，而表面则产生拉应力。当表面 拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会在大体积混凝土的 外表面产生裂缝 ，这种裂缝 比较 分散 ，裂缝的宽度和深度 也很小 ，称为表面裂缝。 ( b) 贯穿裂缝。大体积混凝土浇筑后数 日，水泥水 化热基本 已释放 ，大体积混凝土会从最高温度开始逐渐降 温，降温的结果会引起混凝土的收缩 ，同时混凝土 中多余 水分也随之蒸发，这样就会 引起混凝土体积出现不同程度 的收缩。而地基 、其他结构往往会对大体积混凝土进行约 束，让其不能 自由变形，在这种外部约束的作用下 ，混凝 土 的内外温差就会产生温度应力。这种温度应力一般是拉 应力 ，当该温度应力超过混凝土的抗拉强度时 ，就会从约 束面开始 向上出现开裂 ，从而形成温度裂缝。若温度应力 足够大 ，裂缝会连续产生 ，甚至会贯穿整个截面，形成贯 穿裂缝。 3 裂缝控制 的主要技术措施 埘 3 ． 1原材料与配合比设计 ( a)选择P s 4 2 ． 5 水泥。对于体积较大的结构 ，应优 先选择中热水泥甚至低热水泥。再有 ，可充分利用混凝土 后期强度，以减少水泥用量。 ( b) 掺入1 8 ％粉煤灰。在保证强度指标的情况下 ， 采用粉煤灰取代部分水泥 ，能显著降低水泥用量。虽然粉 煤灰作为活性材料也会释放水化热 ，但它放 出的水化热较 低 ，且升温速度慢 ，因而能起到降低水化热和延长温升时 间的作用。同时还可减少砂子对混凝土的泌水的作用 ，并 改善细骨料的级配。 ( C) 掺} J I] J M— I I I 改进型混凝土高效增强剂。J M— I I I 改进 型 ( 抗裂、 防渗 )混凝土 高效增 强剂 ，可 以改善 混凝土 拌合物 的流动性、黏聚性和保水性。具有减水率大、膨胀 性能好 、高效缓凝等特点 ，在 降低用水量和提高强度的同 时 ，还可 以降低水化热 ，推迟热峰的出现时间，从而减少 温度裂缝。 ( d)掺入少量 的抗裂纤维。在 大体积混凝土中掺入 抗裂纤 维后 ，可在 混凝 土 内部形成一 种均 匀分布支撑体 系，延缓和阻止早期混凝土塑性裂缝的发生和发展 ；同时 混凝土 内部的微裂缝在 发展过程 中必然遭 遇到纤维 的阻 挡 ，消耗 了能量 ，纤维还可 以降低微裂缝尖端应 力集中 ， 防止微 裂缝进一步发展 ，达到 了抗裂作 用 ；再者 ，纤维 在混凝土 中的分散极好，经特殊 的生产工艺和纤维表面 处 理技术 ，可有效地提高与基料的握裹力 ，每立方米内的数 千万根纤维呈三维乱向分布于混凝土中 ，在混凝土 中起到 一 种纯物理的加筋作用。 ( e) 混凝 土配合 比。本工程采用泵送 混凝土 ，工程 要求混凝土强度等级为C 4 5 ，抗渗标号为P 8，且具有 良好 的和易性、流动性 ( 坍落度为1 0～1 4 c m )。经试验优化设 计 ，其质量配合比为：水 ： 水泥 ： 砂子 ： 碎石 ： J M— I I I ： 纤 维 ： 粉煤灰=1 7 0： 3 8 0： 5 8 0： 1 0 9 0： 3 1： 0 ． 6： 7 0 。 3 ． 2 施工与养护 3 ． 2 ． 1 施工过程 中裂缝控 制措施 ( a)直 线加速器部位 因施 工进度 安排在7 月下旬施 工 ，时逢高温季节 ，为控制混凝土的入模温度 ，较大部 分 工作量在气温相对较低 的夜晚施工。 ( b)墙体 与顶板 混凝土整体连续一次性浇筑 ，浇筑 时先竖 向后水平构件 ，中间不设置施工缝。 ( c ) 墙体混凝土浇筑前底部先灌入少量同混凝土配比 的水泥砂浆进行接浆。墙体混凝 土采用分层浇筑 的施工工 艺 ，目的在于放松约束程度 ，减小温度梯度 ，避免温度 裂 缝 的出现。每层浇筑高度不大于5 O c m，沿墙体循环均匀布 料，不得超厚 ，同时浇筑速度控制在1 m／ h 以内。 ( d) 墙体混凝土浇筑到顶后 ，为确保墙体混凝土有 足够 的沉降量 ，控制顶板混凝土开始浇筑时间在墙体混凝 土的终凝前1 h 内；顶板混凝土浇筑利用混凝土 自然流淌形 成 的斜坡进行分层 ，采用 “ 定点下料、一个坡度、薄层浇 筑、循序渐进 ”的浇筑 方法 ，混凝土 自然流淌坡度控制在 1： 6～1： 1 0 。在坡顶、坡 中、坡脚处布置3 道振捣棒 ，振 捣棒插入下层混凝土至少5 c m，以便上下层混凝土充分咬 合形成整体 ，对钢筋密集处加强振捣 ， 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 混凝土内部微裂 ，增加混凝土的密实度 ，从而提高其抗裂 性。 ( e) 项板混凝土浇筑完毕后在初凝前1 — 2 h ，先用平 板振捣器振捣 ，再用长刮杠按标高找平 ，在终凝前用铁滚 筒碾压数遍 ，待表面收水后 ，再用木抹搓平 ，以闭合收缩 所致的裂缝，保证项板混凝土的质量。 3 ． 2 ． 2 养护过程 中裂缝控制措施 ( a)在墙板外侧面挂上3层塑料薄膜和2层草帘的覆 盖。要求在控制内表温差的前提下 ，尽可能推 迟保温层开 始覆盖 的时间，因为过早进行保暖，势必增加混凝土的最 高温升 ，对减少外约束应力不利。混凝土保温时间最好安 排在混凝土接近或达最高温升时进行。 ( b) 待顶板混凝土表面可 以上人 ，现场 以人踩 无脚 印为； 隹。采用黏土标； 隹 砖砌筑1 ／ 2 砖、高2 0 c m蓄水池 ，并 用1： 2 水泥砂浆粉刷。蓄水深1 5—2 0 c m，利用水具有一定 的隔热保温效果使混凝土在预定时间内具有一定的抗裂强 度 ，从而达到控制裂缝 目的。 ( C) 采取1 4 d 以上长时间的养护 ，延缓降温时间和速 度 ，充分发挥混凝土应力松弛效应。 3 ． 3 温度监控 3 ． 3 ． 1 监控设备 采用J D C 一 2型建筑 电子测温仪。混凝土浇筑前将传感 器 的测温线按照竖 向测温点所需距离固定在相应位置 的钢 筋上 ，其中要严格控制标高 ：测温线温度传感器与钢筋之 间做好隔热 处理 ，可垫塑料垫块予 以隔热 ，绑扎牢固 ；测 温线插头露 出混凝土表面3 0 c m左右，并用塑料袋包裹好待 用 ；测温时将插头插入 电子测温仪插座中，读取温度数据 并及时记录即可。 3 ． 3 -2测点布置 测点布置须具有代表性 ，能全面反映大体积混凝 土内 各部位 的温度 ，从大体积混凝土断面全高度考虑 ，应包括 底面、中心和上表面 ，从平面考虑应包括中部和边角区。 选取墙体厚2 ． 7 m部分及顶板厚2 ．8 ml 1 分作重点监控。 具体测点布置如下：墙顶下1 0 c m、H／ 4 、H／ 2( H为墙 高 )和顶板 的板顶下1 0 c m、h ／ 2( n为顶板高 )、板底上 1 0 c m处。 3 ． 3 ． 3 监控制度 混凝 土入模后 即由专 人观测 ，频 次先密后 疏 ，确保 温度测值 的连续性并测得最大值和最 小值。正式观测从混 凝土入模后开始 ，5 d 内每2 h 进行 1次 ，1 4 d内每4 h 进行 1次，2 8d 内每8 h 进行1次，总的观测时间为2 8d 。 4 结语 ( a) 通过选择合适 的原材料、优化配合 比设计，可以 减少混凝土水化热，降低混凝土的综合温差 ，减少混凝土 的降温冷缩。 ( b) 大体积混凝 土施工技术复杂 ，施工前应结合大 体积混凝土施工的特点和难点进行有针对性地编制详细的 ( 下转第1 3 8 9 页 ) 2 01 4 ．1 2 Bl l i l d i I I g c。 ns t m c t i 。 n I l 3 8 3 要后续凿除。 3 ． 2 ． 3 利 用永 久结构柱 梁并加强 在4 - 2 ．2 的基础上 ，不另外再施工基础梁 ，而是直接利 用结构顶板梁 ，必要时增加一些辅助次梁 ，通过辅助次梁 一结构梁一柱一底板的路径将荷载逐级传递到地基上 ，如 结构梁不能满足承载力要求，可将其通过增加截面 、增加 配筋量等limB - J 措施予 以加 强以满足要求。这种方法基础 即 为永久结构 的一部分，无需工后凿除，较为经济环保。 3 ．2 ． 4利用支护结构 如基坑支护设计采用钻孑 L 灌注桩或者地下连续墙等强 度和刚度均较大的结构 ，且塔机位置可作适 当调 整的情况 下，可将基础位置调整至支护结构附近 ，全部或者部分利 用支护结构承载塔机基础 ，如能全部利用支护结构，则不 另外再增设立柱桩 或者其他承载构件 ，否则应增加立柱桩 与支护共同承载。如后世博B 片区央企总部B 0 2 、B 0 3 地下 空间工程的塔 吊基础就直接利用 了地下连续墙作为基础承 载构件 。 3 ． 2 ． 5综合利用 所谓综合利用就是将上述几种方法中的几种结合起来 运用 ，例如在适 当的条件下 ，可 以利用支护结构及永久结 构柱梁共同作 为基础的承载点，一方面利用支护结构的强 度和 刚度 ，另一方面也可避免对永久结构作过 多的加固， 影响原建筑 的使用功能或者施工功能。 3 ． 3 预制集成拼装化基础 塔式起重机基础 的最终发展趋势是预制集成化 ，目前 来看 ，预制集成化有2种形式 ，一种是预制混凝土拼装式 基础 ，另一种就是钢结构拼装式基础 ，其 中钢结构近年来 不仅发展较快 ，而且势头较猛 ，显示出极好的应用前景 ， 从发展趋势看，钢结构肯定是今后发展的热点。 对于预制混凝土基础构件 ，其设计构思 的原则应是 力 求做到构件数量最少化、构件形式最简化、构件连接最优 化 ，因此这类基础形式应结合盾构管片连接的优点特点 以 及木结构构件连接的一些特点 ，结合形成一种榫式连接预 制塔式起重机基础制作的思路 ；对于钢结构基础构件 ，构 思原则应是利用高强螺栓 ，因其施工方便 、拆除灵活、受 力 明确 、安全性好等优点，可成 为钢结构基础的主要连接 手段。 预制基础的优点是环保高效 、装拆 方便 、重复利用率 高、无需养护等 ，但其制作精度 以及变形控制要求相对较 高 ，如精度不够或者周转次数较多的情况下，会影响拼装 以及节点结合 的紧固性 ，从而也会影响其承载力 ，因此设 计 时应考虑到这些 因素。 4 结语 塔式起重机基础 形式的选择应根据建筑工程 的所在场 地条件、建筑结构条件、地质条件、塔式起重机本身的特 点予以综合评判确定 ，最终 目的就是要采用最 为简洁、最 为经济合理 的基础形式来满足塔式起重机基底承载力的要 求，从而起到节约降本、安全环保、提高工效的效果。 9 0 0 0 [ 1 】付剑雄 _ 固定式塔 式起重机基础设计探讨[ J ] ． 建筑机械： 上半月， 1 9 9 4 ( 3 ) ： l 1 — 1 4 ． [ 2 】孔德霖， 谢建民． 塔机独立基础设计若干问题探讨 【 J 】 ． 建筑机械： 上半 月， 2 0 0 5 ( 3 ) ：6 5 — 6 6 ． 【 3 ]刘振钰 _ 高层建筑施工中塔 吊的选用及地基基础计算[ J 】 ． 山西建 筑． 2 0 0 5 ( 1 4 ) ： 1 0 4 — 1 0 5 ． [4 ]谢冰． 建筑施工中塔式起重机抗倾覆的控制及基础设计[ J ] ． 广西 城镇建设， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 3 1 — 3 4 ． [ 5 】徐金 海 ， 何 盛兴 ． 塔 式起 重机 基 础设 计验 算 [ J 】 ． 浙 江建 筑， 2 0 0 4 ( B 9 ) ： 5 2 - 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