分析大体积混凝土施工过程中的裂缝控制|大体积混凝土裂缝控制措施

　　摘 要：下文以环球商务中心一期、二期工程的地下室施工为例，分析在大体积混凝土施工过程中的裂缝控制措施。　　关键词：大体积混凝土；施工过程；裂缝控制　　　　目前，工业建筑中的大型设备基础以及高层民用建筑的框架基础等重要的、承受荷载较大的结构，往往都采用大体积混凝土（含钢筋）建造。大体积混凝上除对结构最小断面尺寸和内外温差有一定的规定外，对平面几何尺寸也有一些限制。因为结构物的平面尺寸过大，由于基础约束作用而产生的温度应力也就愈大。如采取控制温度的措施不当，势必更易产生裂缝。
　　1 工程项目概况
　　1.1 工程特点
　　环球商务中心一期、二期工程地下二层，地上26层，其中裙房5层，塔楼21层，框剪结构，总建筑面积101559.38㎡，地下建筑面积24754.36㎡，地上建筑面积76805.02㎡。本工程抗震设防烈度为Ⅶ度，安全等级为二级，框剪抗震等级为二级。建筑结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，建筑耐久年限50年。
　　1.2 地下结构情况
　　本工程采用静压PHC管桩，其中承台、基础混凝土强度等级为C30，地下室两层，混凝土强度等级为C30，均采用泵送商混凝七，地下室顶板部分采用高强空心板。
　　2 大体积混凝土施工特点及控制措施分析
　　该地下室及车道外墙、底板、底板梁、承台以及水池底板、池壁采用密实抗渗防水混凝土C30，抗渗等级S8；地下室顶板室外部分梁、板采用密实抗渗防水混凝土C30，抗渗等级为S6。
　　各构件结构尺寸：
　　底板厚度500mm：
　　地梁尺寸：600×800，600×1000，800×1000，800×1200，900×1200
　　承台参数：
　　核心筒最大承台：CT-212—厚度2.8m（最深5.8m）—体积1665m3。
　　根据本工程地下室的实际情况，在地下室结构施工过程中，最重要的控制点就是大体积混凝土裂缝控制。为确保大体积承台的施工质量，预防天气变化对混凝土内外温差的影响，因此对厚度超过2350mm的承台采取覆盖法保温，同时进行混凝土内部温度监测，发现温度异常时及时采取措施。对CT212大型承台，附加采用在承台内部采用埋设散热水管的办法以及控制混凝土浇筑温度的方法辅助控温，在混凝土内外温差超过规范要求是紧急降温处理。
　　为了有效的控制混凝土内外温差，使混凝土内外温差不大于25℃，防止混凝土裂缝的产生，采取温控措施。根据混凝土温度应力和收缩应力的分析，必须严格控制各项湿度指标在允许范围内，才不使混凝土产生裂缝。本工程利用Φ50mm镀锌管做测温管，下端封闭，将铁皮管点焊固定在底板钢筋上。
　　在浇筑后3d内混凝土水化热最大，在混凝土浇注5d之内，每2～4h测一次，以后6～15d内每4～8h测一次，并做好测温记录。室外温度及周围环境温度，在每昼夜至少定时定点测量三次，并把测温记录及时反馈给技术人员以便及时发现问题，采取相应的技术措施。
　　通过对底板大体积混凝土的施工过程控制，本人总结出了对大体积混凝土裂缝控制的几点看法，具体如下：
　　2.1 关于温度与温度应力的完整概念
　　大体积混凝土施工阶段之所以会产生温度裂缝，是其内外矛盾发展的结果。一方面混凝土由于内外温差过大而产生温度应力和温度变形，另一方面是结构物内外的约束要阻止这种变形。一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉伸极限值时，即出现裂缝。要弄清温度与温度应力之间的关系，可从温度场的基本规律着手。
　　大体积混凝土内部的最高温度（一般指中心温度），在绝热条件下，是混凝土的浇筑温度与水泥水化热温度的总和。但实际施工中，由于混凝土与外界气温有温差存在，而结构物四周并非完全绝热状态，故在新浇筑的混凝土与其周围环境间，会发生热能交换。所以大体积混凝土内部的最高温度，实际上是由浇筑温度、水泥水化热引起的绝热温升和混凝土的散热温度三部分组成的。
　　在这三部分温度组成中，由水泥水化热引起的混凝土温升是主要因素（当气温为15～20℃时，在初期升温阶段约占总温度的65～70%）。水泥水化热引起的温升，虽然要延续较长的时间，但内部温度的峰值一般发生在龄期3～5d以内。因此减少水泥水化热引起的温升值，是控制大体积混凝土温度的关键。此外，在大体积混凝土内部，初期（指升温阶段）温度场的变化即结构物中心温度最高，从中心向表面（或底面及四周）逐渐降低，并随龄期增长而不断变化，最后与外界气温平衡。温度应力与温差成正比。即温差愈大，温度应力亦愈大。因此收缩和降温的同时作用，对结构物最为不利。此外，温度应力的大小还与结构物的内外约束条件有关。因为大体积混凝土在降温过程中，由于内外降温的速率不同（中心慢，表面快），如混凝土的收缩受到约束时，就会产生温度应力。外界约束作用愈大，相应的温度应力也愈大（常称外约束应力），这是产生深层裂缝的主要原因。结构物由于自身质点之间的相互约束而产生的温度应力（常称内约束应力）是产生表面裂缝的主要原因。
　　鉴于上述情况，在大体积混凝土工程中，仅根据混凝土内部最高温度和内外温差来控制混凝土的质量是不全面的，还须考虑温度应力的影响。而温度应力（包括混凝土收缩换算成的当量温差）的大小，又涉及到混凝土的浇筑厚度、基础的约束条件及混凝土的组成材料等因素。因此在建筑工程中，必须采用“温差一温度应力”双控制的办法，才能避免发生温度裂缝。
　　2.2 防止温度裂缝的基本措施
　　如前所述，温度裂缝产生的原因，是结构物内外矛盾发展的结果。可从以下两方面着手预防：
　　2.2.1 控制混凝土的温度
　　主要控制混凝土内外最大温差，改善内约束条件。温差愈大，温度应力亦愈大。据测定内外温差为1℃时，在龄期3～7d内的混凝土表面约产生0.025MPa的拉应力。这主要是由于混凝土散热不均（内外、上下、左右），导致结构物各质点之间相互约束而产生内约束应力。如混凝土浇筑方法不同（特别是相邻部位浇筑高度的差异），会引起温度和收缩的差异，并导致应力性质的改变（如压应力与拉应力的改变）。因此在施工阶段（即升温与降温阶段），必须严格控制混凝土的内外温差，以防过大温差引起的内约束应力造成早期裂缝。