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大體積混凝土裂縫的預(yù)防和控制

時(shí)間日期：2002-7-3 已被閱讀次：[8810]

佛山市房屋建筑工程總公司　李航

　　建筑業(yè)中，對混凝土的質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求。工業(yè)與民用建筑，大體積混凝土多數(shù)出現(xiàn)在基礎(chǔ)和地下室工程中，其施工質(zhì)量直接影響建筑整體安全。按施工規(guī)范GB50204－92定義：最小邊長大于1000mm的混凝土構(gòu)件被稱為大體積混凝土。按此定義，大體積混凝土在多數(shù)基礎(chǔ)工程中都會遇到，由混凝土水化熱引起的質(zhì)量問題不容忽視。

　　一、作用機(jī)理

　　混凝土硬化期間，內(nèi)部水泥水化釋放大量水化熱，因大體積混凝土體積大，內(nèi)部熱量無法及進(jìn)釋放，水化熱的積聚造成混凝土內(nèi)部溫升加劇，而混凝土表層因與大氣接觸，熱量散失快，從而使混凝土內(nèi)外形成較大溫差。溫差的形成使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)表面拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生裂縫，致使混凝土發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。加之，硬化過程中混凝土體積的收縮，一定程度上加劇了裂縫的擴(kuò)展。

　　二、材料選用

　　要預(yù)防裂縫產(chǎn)生，首先要在不影響混凝土強(qiáng)度的情況下如何降低混凝土中水泥用量和水化熱，其次，是如何減小大體積混凝土內(nèi)外溫差以及如何降低混凝土硬化過程中因收縮所造成的收縮應(yīng)力。為降低混凝土水泥用量和水化熱，混凝土原材料的選配是關(guān)鍵：

　　1、選擇低水化熱的礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥、粉煤灰水泥取替常用的普通硅酸鹽水泥。

　　2、細(xì)骨料選用中砂或粗砂，避免使用細(xì)砂，采用中、粗砂比采用細(xì)砂每立方米混凝土減少水泥用量20—25kg；粗骨料選用5—30mm連續(xù)級配較好的碎石，可一定程度降低水和水泥的用量。

　　3、嚴(yán)格控制骨料的含泥量，含泥量大會降低混凝土自身抗裂強(qiáng)度，細(xì)骨料含泥量須控制在2％以下，粗骨料含量須控制在1％之內(nèi)。

　　4、混凝土中加適量粉煤灰和緩凝微膨型外加劑(如UEA、JM－3、KEA－2等)。粉煤灰能減少水泥用量，增加混凝土拌合物的和易性，并能夠大幅度提高混凝土后期強(qiáng)度，在經(jīng)過設(shè)計(jì)單位認(rèn)可后，可以用60天混凝土強(qiáng)度值取代28天強(qiáng)度值。緩凝微膨型外加劑具有降低混凝土前期水泥水化速度和補(bǔ)償混凝土收縮的作用，以微膨應(yīng)力舒緩混凝土的收縮應(yīng)力效果較為顯著。

　　三、施工措施

　　1、施工前必須制訂有效可行的混凝土澆筑方案，防止混凝土出現(xiàn)冷縫。澆筑方案的制定需明確混凝土澆筑次序、澆筑路線、澆筑帶寬，人員、混凝土車、混凝土泵的配備務(wù)必合理，切防混凝土攪拌與澆筑的時(shí)間間隔過長。熱天澆筑要制定混凝土防日曬措施，防止混凝土過早硬化。

　　2、嚴(yán)格控制每層混凝土前后搭接的時(shí)間，保證每層混凝土按時(shí)覆蓋澆注，一般混凝土搭接時(shí)間不宜超過2/3混凝土初凝時(shí)間。

　　3、混凝土澆筑后振搗密實(shí)工作要做足，在振動界限之前，給予混凝土二次振搗，減小混凝土內(nèi)部微裂，提高混凝土握裹力和自身抗壓、抗裂性能，但須注意不能過振，以防混凝土產(chǎn)生離析。嚴(yán)格混凝土表面的處理工作，混凝土澆筑3小時(shí)內(nèi)用長刮尺刮平表面，趕走泌水，清除浮漿，初凝養(yǎng)護(hù)前，用重滾滾壓2遍，于初凝后、終凝前，用木抹子磨面，以閉合表面干縮裂縫；混凝土澆筑確保連續(xù)性，不留置施工縫。

　　4、按規(guī)范要求，大體積混凝土內(nèi)外溫差不宜大于25℃。當(dāng)混凝土原材料配制進(jìn)行降溫處理，仍無法滿足規(guī)范要求時(shí)，以降低入模溫度，減少內(nèi)外溫差。

　　四、保溫措施

　　大體積混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)是通過對混凝土表層熱散失的控制來完成的，為減少混凝土表面熱量的散失，需對混凝土表面進(jìn)行覆蓋。

　　1、混凝土終凝后，在其表面覆蓋一定厚度的保溫材料，保溫材料的覆蓋須起到保溫和保濕雙重的功效，保溫材料可以選擇草袋、砂、爐渣或鋸末等。在覆蓋保溫材料前，最好在混凝土表面覆蓋一層塑料薄膜，這樣既可以起動保溫的作用，又能防止混凝土表面水份的散失。

　　2、對大體積混凝土在終凝后進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，也是一種較好的選擇。由于水的導(dǎo)熱系數(shù)為0.58W/m.k，它不僅具有一定的保溫作用，而且還可以使混凝土在最為濕潤的狀態(tài)下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對于大工程地下室底板水平面積較大，易于蓄水且插筋多，易接收陽光輻射及須避風(fēng)的工程，蓄水保溫養(yǎng)護(hù)更為適合。蓄水保溫保濕養(yǎng)護(hù)，與通常薄膜加草袋的養(yǎng)護(hù)方案比較，從經(jīng)濟(jì)上也是適合的，工程越大，對資金的節(jié)約越為有利。

　　一般來講，無論草袋保溫養(yǎng)護(hù)、還是蓄水保溫養(yǎng)護(hù)，其厚度越厚越有助于降低混凝土的內(nèi)外溫差。但覆蓋過厚，不但無助于混凝土整體的溫降，而且還會加重工程成本。養(yǎng)護(hù)厚度的選擇，可根據(jù)熱交換原理求得，如厚度2.5米的基礎(chǔ)底板，用兩層塑料薄膜加兩層草袋，或蓄水200mm進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，混凝土內(nèi)外溫差便能控制在25—30攝氏度左右。為防止天氣驟變的影響，特別是混凝土內(nèi)部溫度峰值較高的幾天，(一般溫升峰值多出現(xiàn)在混凝土澆筑后2－4天)，有控制的加強(qiáng)保溫，是很有必要的�；炷两禍刂衅冢瑸榧涌旎炷恋膬�(nèi)部散溫，白天氣溫較高時(shí)，適當(dāng)揭開保溫層，晚間加之覆蓋；混凝土降溫后期，亦可采取逐日揭開保溫層的做法。

　　五、監(jiān)測

　　為了解混凝土內(nèi)部溫度變化規(guī)律，使混凝土溫差處于可控狀態(tài)，有的放矢地采取相應(yīng)技術(shù)措施確保工程質(zhì)量，也為以后積累第一手資料，對澆筑后的混凝土內(nèi)部溫升情況做細(xì)致、詳實(shí)的跟蹤監(jiān)測和記錄勢在必行�；炷翝仓�5天內(nèi)，對混凝土內(nèi)外溫差數(shù)據(jù)的采集十重要，混凝土在此期間溫升快，峰值高(據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)反映，大體積混凝土3天左右齡期內(nèi)部溫度會高達(dá)70攝氏度以上)，且混凝土硬化初期強(qiáng)度不高，自身抗裂性能低，疏于把握，后果不堪想象。對混凝土的溫升進(jìn)行監(jiān)測，除澆筑前選好測桿埋置點(diǎn)，備好監(jiān)測器具，澆筑時(shí)埋好測桿，澆筑后務(wù)必配備專人24小時(shí)輪班進(jìn)行監(jiān)測。日常天氣日暖夜涼，夜間大氣溫度較低，監(jiān)測更為重要。監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)溫差臨近25℃，必須加強(qiáng)保溫措施。一般情況下，在混凝土初凝后就要開始監(jiān)測，澆筑后5天內(nèi)，每2小時(shí)測溫一次，5—15天每4小時(shí)測溫一次，15天后每8小時(shí)測溫一次，直至混凝土內(nèi)部溫度與夜間大氣溫度的差值小于25℃為止。同一時(shí)段每測點(diǎn)至少須采集混凝土底部之上1/4、混凝土中部、混凝土表層(保溫層下)和大氣的四個(gè)數(shù)據(jù)并做好記錄。

　　六、結(jié)束語

　　規(guī)范要求，為了預(yù)防混凝土因內(nèi)外溫差造成混凝土開裂，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，溫差限定不宜超過25℃。但據(jù)有關(guān)工程資料反映，將大體積混凝土的內(nèi)外溫差控有對回填砂方按規(guī)范進(jìn)行壓實(shí)。因本例是Φ400砼管，故亦按實(shí)例1的相同計(jì)算方法算得結(jié)果如下：
1)、管道覆土豎向壓力：同實(shí)例1
當(dāng)H=1m時(shí)　　P1=2.45t/m2，
當(dāng)H=1.2m時(shí)　　P1=2.94t/m2，2)、壓路機(jī)振動荷載：　同實(shí)例1
當(dāng)H=1m時(shí)　　P2=6.02t/m2，
當(dāng)H=1.2m時(shí)　　P2=4.75t/m2，
3)、Φ400管自重：
P3=π×0.458×0.058×2.5=0.208t/m
4)、施工荷載組合：
Do=0.516m當(dāng)H=1m時(shí)　P1=4.58t/m，
當(dāng)H=1.2m時(shí)　　P1=4.18t/m，
5)、Φ400管的抗剪力：
D1=0.438m　t1=0.038m
P4=π×43.8×3.8×17=8889Kg=8.89t
6)、求l值：
當(dāng)H=1m時(shí) l>　　 =1.94m
當(dāng)H=1.2m時(shí)　l>　　 =2.13m
本實(shí)例的構(gòu)件實(shí)際破壞情況亦與計(jì)算相近。

　　四、幾點(diǎn)意見：

　　1、由于地基的不均勻下沉而引起路面或地下構(gòu)筑物產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象并不是最近才出現(xiàn)的，我們80年代所施工的砼路面(如汾江南路、江灣路……等)所出現(xiàn)的縱向裂縫大多數(shù)發(fā)生在方渠墻體的外邊線上，分析其原因，主要是方渠的基礎(chǔ)是落座在原狀土上，即其地基是原狀土層，是已固結(jié)的土層，其狀態(tài)比較穩(wěn)定，即使發(fā)生沉降量較小且較均勻，而與方渠相鄰的路面其路基是落座在方渠的回填土方砂上，即以回填砂為道路的路基，而回填土方砂的施工并沒有按規(guī)范的密實(shí)度要求去分層夯實(shí)，及至路基施工時(shí)，壓路機(jī)亦不敢在離渠壁太近的地方施壓(或施振)，害怕側(cè)壓力引起渠壁的位移或損壞，所以相對于整條道路的路基而言，渠壁附近的回填砂的密實(shí)度較差，是整條路基的薄弱環(huán)節(jié)，道路完成通車后，受到車輛荷載及振動力的作用，路基產(chǎn)生不均勻下沉，下沉較大的則是渠壁外側(cè)附近的地方，從而引起路面的縱向裂縫。由此可見，今后在道路施工過程中，對地下管線兩側(cè)的回填土方的處理應(yīng)特別慎重，對其兩側(cè)回填土方的密實(shí)度，要分層套實(shí)，達(dá)到規(guī)范要求。

　　2、今后對新填土形成的開發(fā)區(qū)能否作為地下管線的地基，應(yīng)在地下管線設(shè)計(jì)施工之前，通過檢驗(yàn)獲得有關(guān)土層密實(shí)度的資料，以判斷其是否能用作地基，如達(dá)不到的，應(yīng)采取措施先加固地基，再施工地下管線，這點(diǎn)，設(shè)計(jì)部門應(yīng)首先把關(guān)。

　　3、目前佛山地區(qū)的小區(qū)開發(fā)，對大面回填土方砂一般都沒有密實(shí)度要求，而小區(qū)開發(fā)的速度又很快，不會等待回填土自然沉實(shí)后再開發(fā)，有的甚至邊填土邊開發(fā)，這種開發(fā)方式對采用樁基礎(chǔ)的建筑物而言，回填土的密實(shí)度要求對建筑物的沉降是沒有多大影響的，但卻對小區(qū)道路及地下管線則影響較大，尤其是珠江三角洲的農(nóng)田多數(shù)同時(shí)有大小不等的魚塘存在，回填土的厚度有深有淺，如對回填土的密實(shí)度不提出要求，則極可能會產(chǎn)生不均勻沉陷，對小區(qū)道路及地下管線產(chǎn)生較大的影響。所以對此類小區(qū)的開發(fā)，應(yīng)對回填土方的密實(shí)度提出要求，并按要求驗(yàn)收，保證回填的質(zhì)量。

　　4、地下管線的溝槽回填質(zhì)量目前還未引起足夠的重視，地下管線包括供水、供電、供氣、郵電、路燈、排水、排污……等，種類繁多，不同管線由不同的設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，不同的專業(yè)施工隊(duì)完成，不同的甲方驗(yàn)收，有的地下管線有監(jiān)理單位作全過程的監(jiān)理，有的則沒有。多數(shù)專業(yè)隊(duì)伍往往把回填工序作為收尾工程而對其施工質(zhì)量往往忽視，至使回填土質(zhì)量差，及至路面施工時(shí)，因管溝回填已在前期完成并能在水下形成優(yōu)質(zhì)、均勻的混凝土，滿足水下施工的要求。其特征是：

　　(1)混凝土拌和物遇水不離析，水泥流失甚少，可在水中澆筑，進(jìn)行不排水施工；

　　(2)可在水中自流平、自密實(shí)，也可進(jìn)行水下振搗與砌筑；

　　(3)對施工水域無污染，絮凝劑對人體無害，可用于飲用水工程。

　　因此，可用這種混凝土在水下灌入拋石體上部縫隙中，把分散的塊石結(jié)成緊密的蓋板，達(dá)到抗沖刷的目的。

　　經(jīng)比較分析，水下不分散混凝土能適應(yīng)這一河床狹窄，流急，施工期不得礙航，不得污染飲用水源的要求，施工技術(shù)有一定保證。因此，在長約250m的護(hù)岸防沖工程中，試驗(yàn)應(yīng)用這一技術(shù)。該試驗(yàn)坡腳大部分已有拋石，水下坡約1：1.6～1：1.9，設(shè)計(jì)安排對坡面拋石整平，為盡量減少拋石束窄河床，坡面依地勢而變，大致為1：1.8，局部采用折線形；整平時(shí)注意拋石料塊度、級配；拋石面澆筑水下不分散混凝土，折算厚度0.3m；在水下不分散混凝土強(qiáng)度達(dá)28d后坡腳二期拋石，該平臺壓護(hù)坡腳，并供日后檢查觀測，一旦坍陷，便補(bǔ)充拋石；護(hù)岸坡頂水位變動區(qū)2.5m寬混凝土平臺設(shè)水平及沉降位移觀測。設(shè)計(jì)斷面見圖2�？偣こ塘炕炷�1848m3，整平及二期拋石壓腳石方5984m3。
本實(shí)例的構(gòu)件實(shí)際破壞情況亦與計(jì)算相近。四、幾點(diǎn)意見：

　　1、由于地基的不均勻下沉而引起路面或地下構(gòu)筑物產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象并不是最近才出現(xiàn)的，我們80年代所施工的砼路面(如汾江南路、江灣路……等)所出現(xiàn)的縱向裂縫大多數(shù)發(fā)生在方渠墻體的外邊線上，分析其原因，主要是方渠的基礎(chǔ)是落座在原狀土上，即其地基是原狀土層，是已固結(jié)的土層，其狀態(tài)比較穩(wěn)定，即使發(fā)生沉降量較小且較均勻，而與方渠相鄰的路面其路基是落座在方渠的回填土方砂上，即以回填砂為道路的路基，而回填土方砂的施工并沒有按規(guī)范的密實(shí)度要求去分層夯實(shí)，及至路基施工時(shí)，壓路機(jī)亦不敢在離渠壁太近的地方施壓(或施振)，害怕側(cè)壓力引起渠壁的位移或損壞，所以相對于整條道路的路基而言，渠壁附近的回填砂的密實(shí)度較差，是整條路基的薄弱環(huán)節(jié)，道路完成通車后，受到車輛荷載及振動力的作用，路基產(chǎn)生不均勻下沉，下沉較大的則是渠壁外側(cè)附近的地方，從而引起路面的縱向裂縫。由此可見，今后在道路施工過程中，對地下管線兩側(cè)的回填土方的處理應(yīng)特別慎重，對其兩側(cè)回填土方的密實(shí)度，要分層套實(shí)，達(dá)到規(guī)范要求。

　　2)、今后對新填土形成的開發(fā)區(qū)能否作為地下管線的地基，應(yīng)在地下管線設(shè)計(jì)施工之前，通過檢驗(yàn)獲得有關(guān)土層密實(shí)度的資料，以判斷其是否能用作地基，如達(dá)不到的，應(yīng)采取措施先加固地基，再施工地下管線，這點(diǎn)，設(shè)計(jì)部門應(yīng)首先把關(guān)。

　　3)、目前佛山地區(qū)的小區(qū)開發(fā)，對大面積回填土方砂一般都沒有密實(shí)度要求，而小區(qū)開發(fā)的速度又很快，不會等待回填土自然沉實(shí)后再開發(fā)，有的甚至邊填土邊開發(fā)，這種開發(fā)方式對采用樁基礎(chǔ)的建筑物而言，回填土的密實(shí)度要求對建筑物的沉降是沒有多大影響的，但卻對小區(qū)道路及地下管線則影響較大，尤其是珠江三角洲的農(nóng)田多數(shù)同時(shí)有大小不等的魚塘存在，回填土的厚度有深有淺，如對回填土的密實(shí)度不提出要求，則極可能會產(chǎn)生不均勻沉陷，對小區(qū)道路及地下管線產(chǎn)生較大的影響。所以對此類小區(qū)的開發(fā)，應(yīng)對回填土方的密實(shí)度提出要求，并按要求驗(yàn)收，保證回填的質(zhì)量。

　　4)、地下管線的溝槽回填質(zhì)量目前還未引起足夠的重視，地下管線包括供水、供電、供氣、郵電、路燈、排水、排污……等，種類繁多，不同管線由不同的設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，不同的專業(yè)施工隊(duì)完成，不同的甲方驗(yàn)收，有的地下管線有監(jiān)理單位作全過程的監(jiān)理，有的則沒有。多數(shù)專業(yè)隊(duì)伍往往把回填工序作為收尾工程而對其施工質(zhì)量往往忽視，至使回填土質(zhì)量差，及至路面施工時(shí)，因管溝回填已在前期完成，只能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行路面施工而留有隱患，今后應(yīng)采取措施加以改正。

　　5)、地下管線對城市建設(shè)的重要意義已日益顯現(xiàn)，但地下管線因埋在地下而不易察覺其是否損壞，往往要引起事故后才去補(bǔ)救(如給水管的爆管)，但有些管線事后補(bǔ)救，后果難以想像(如煤氣管泄漏而引起爆炸)，又如排向污水處理廠的排污管道如發(fā)生裂漏，不僅會導(dǎo)致地下水的污染，還會使污水處理的費(fèi)用增加，這種長期的費(fèi)用增加，會比基建時(shí)的費(fèi)用大許多倍。

　　6)、設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工質(zhì)量是關(guān)系到工程的百年大計(jì)，應(yīng)慎之又慎，在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，對各個(gè)領(lǐng)域都提出了高質(zhì)量的要求，由于各種原因而降低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都會給工程帶來隱患，輕則縮短工程壽命，造成投資浪費(fèi)，重則發(fā)生安全事故，給社會安定帶來影響。

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