大体积混凝土结构裂缝控制的综合措施_曹可之

一、 大体积混凝土结构裂缝的一般概念 混凝土结构 在建设 和使 用过程 中出 现不 同程度、 不同形式的 裂缝, 这 是一 个相当 普遍 的现象。大 体积 混凝土结构出现裂缝更普遍。在全国调 查的高层建筑 地下结构中, 底板出 现裂缝的 现象占 调查总数 的 20% 左右, 地下室的 外墙混 凝土 出现裂 缝的 现象占 调查总 数的 80% 左右。所以, 混凝土 结构的 裂缝是建 筑工程 长期困扰的一个技术难题, 一直未能很好地解决。 国内外工程 技术界 都认 为, 规定 钢筋 混凝土 结构 的最大裂缝宽度主要是为了保证钢筋 不产生锈蚀。各 国的规范中有关允许最大裂缝宽度的规定虽不完全一 致, 但基本相 同。如在 正常的 空气环 境中 裂缝允 许宽 度为 01 3~ 01 4mm; 在轻微腐 蚀介质中, 裂缝允 许宽度 为 01 2~ 01 3mm; 在严重腐蚀 介质中, 裂 缝允许 宽度为 011~ 012mm。但对建筑物的抗裂要求 过严, 必将付出 巨大的经济代价。科学的要求是将其有 害程度控制在 允许范围之内。 根据国内外 的调查 资料, 工程实 践中 结构物 的裂 缝原因, 属于 由变 形变化 ( 温度、 湿度、 地 基变形 ) 引起 的约占 80% 以上, 属于荷载引起的约占 20% 左右。在 大体积混凝土 工程施 工中, 由于水 泥水 化热引 起混凝 土浇筑内部温 度和温 度应 力剧烈 变化, 从而导 致混凝 土发生裂缝。因 此, 控 制混凝 土浇筑 块体 因水化 热引 起的温升、 混凝土浇筑块体的内外温差 及降温速度, 防 止混凝土出现有害的温度裂缝( 包括混凝 土收缩) 是其 施工技术的关键问题。我国的工程技术 人员在科学实 验的基础上, 以防为 主, 采用 了温 控施工 技术, 在 大体 积混凝土 结构 的 设计、 混 凝土 材 料的 选 择、 配 合 比设 计、 拌制、 运输、 浇筑、 保温养护及施工过 程中混凝土浇 筑内部温度和 温度应 力的 监测等 环节, 采取了 一系列 的技术措施, 成 功地完 成了 我国许 多钢 铁企业 和工业
民用建筑、 高层建筑的大体积混凝土工程 的施工, 取得 了丰富的施工经验。 二、 裂缝控制的设计措施 11 大体积混凝土的强度等级宜 在 C20~ C35 范围 内选用, 利用 后期 强度 R60。随着 高层 和超 高层 建筑 物不断出现, 大体积混凝土的强度等级日 趋增高, 出现 C40~ C55 等高强混 凝土, 设 计强 度过 高, 水 泥用 量过 大, 必然造成混凝土水化热过高, 混凝土块 体内部温度 高, 混凝土内 外温 差超 过 30 e 以上, 温度 应 力容 易超 过混凝土的 抗拉强 度, 产生 开裂。竖 向受力 结构 可以 用高强混凝土减 小截 面, 而对 于大 体积混 凝土 底板应 在满足抗弯 及抗 冲 切计 算要 求 下, 采 用 C20~ C35 的 混凝土, 避免设计上/ 强度越高越好0的错误概念。 考虑到建设周 期长 的特点, 在保证 基础 有足 够强 度、 满足使 用 要求 的 前提 下, 可以 利 用混 凝 土 60d 或 90d 的后期强度, 这 样可以减 少混凝 土中的水 泥用量, 以降低混凝土浇筑块体的温度升高。 21 大体积 混凝 土基 础 除应 满足 承载 力 和构 造要 求外, 还应增配 承受因 水泥水 化热 引起的 温度 应力及 控制裂缝开展的钢筋, 以构造钢筋来控制 裂缝, 配筋应 尽可能采用小直径、 小间距。采用直径 8~ 14mm 的钢 筋和 100~ 150mm 间距是比较合理的。全 截面的配筋 率不小于 01 3% , 应在 01 3% ~ 01 5% 之间。 31 当基础设 置于岩石地 基上时, 宜在 混凝土垫层 上设置滑动层, 滑动层构造可采用一毡二 油, 在夏季施 工时也可采用一毡一油。 41 避免结 构 突 变 ( 或 断 面 突变 ) 产 生 应 力集 中。 转角和孔洞处增设构造加强筋。 51 大块式基 础及其他筏 式、 箱式基础 不应设置永 久变形缝 ( 沉降缝、 温度 伸缩缝) 及竖 向施工 缝。可采 用/ 后浇缝0和/ 跳仓打0来控制施工期间的 较大温差及
T he general concept ion of crack of mass concrete is introduced. T he design method, material and construction mea sures, the monitoring of tem perature control of m ass concrete in construct ion situ are presented. Keywords: m ass concrete; crack; control
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收缩应力。 61 大体积 混凝土工程 施工前, 应对 施工阶段大体 积混凝土浇筑 块体的 温度、 温度应 力及 收缩力 进行验 算, 确定施工阶段大体积混凝土浇筑块 体的升温峰值、 内外温差 ( 不 超过 25 e , 5 上海 地区 深基 础施 工 指南6 规定不超过 30 e 。 实际 操作 时, 严 者为 25 e , 松 者为 30 e ) 及降温速度 ( 不超过 11 5 e / d) 的 控制指 标, 制订 温控施工的技术措施。 71 以预防 为主。 在设 计阶 段就 应 考虑 到可 能漏 水的内排水措施, 以及施工后的经济可靠的堵漏方法。 三、 裂缝控制的材料措施 11 为了减 少水泥用量, 降低混凝土 浇筑块体的温 度升高, 经设计单位同意, 可利用 混凝土 60d 后期强度 作为混凝土强 度评定、 工程 交工验 收及 混凝土 配合比 设计的依据。 21 采用降低水 泥 用量 的方 法来 降 低混 凝土 的绝 对温升值, 可以 使混凝 土浇 筑后的 内外 温差和 降温速 度控制的难度降低, 也可降低保温养护 的费用, 这是大 体积混凝土配合比选择 的特殊性。强 度等级在 C20~ C35 的范围内选用, 水泥用量最好不超过 380kg/ m 。 31 应优先采用 水 化热 低的 矿渣 水 泥配 制大 体积 混凝土。所用的 水泥 应进行 水化 热测定, 水泥水 化热 测定按现行国家标准5水泥水化热试验方 法( 直接法 ) 6 测定, 要求 配 制混 凝 土所 用 水泥 7d 的 水 化热 不 大于 250kJ/ kg 。 41 采用 5 ~ 40mm 颗粒级 配的 石 子, 控 制含 泥量 小于 11 5% 。 51 采用中、 粗砂, 控制含泥量小于 115% 。 61 掺合料 及外 加剂 的 使用。国 内 当前 用的 掺合 料主要是粉煤灰, 可以提高混凝土的和 易性, 大大改善 混凝土工作性能和可靠性, 同时可代替 水泥, 降低水化 热。掺加量 为 水 泥用 量 的 15% , 降 低 水化 热 15% 左 右。外加剂主 要指减 水剂、 缓凝剂 和膨 胀剂。混 凝土 中掺 入水泥重量 0125% 的木 钙减水剂, 不 仅使混凝土 工作性 能 有了 明 显 的改 善, 同 时 又 减少 10% 拌 和用 水, 节约 10% 左右 的水 泥, 从 而降 低了 水化 热。一般 泵送混凝土为了延缓凝结时间, 要加缓 凝剂, 反之凝结 时间过早, 将影响混凝土浇筑面的粘结, 易出现层间缝 隙, 使混凝土防水、 抗裂和整体强度下 降。为了防止混 凝土的初始 裂缝, 宜 加膨 胀剂。国内 常用 的膨胀 剂有 UEA, EAS、 特密斯等型号。 四、 裂缝控制的施工措施 11 混凝土的浇 筑 方法 可用 分层 连 续浇 筑或 推移 式连续浇筑, 不得留施工缝, 并应符合下列规定: ( 1) 混凝土 的摊铺 厚度 应根据 所用 振捣器 的作用
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风吹日晒的环境中。 81 在大体 积 混 凝 土 拆模 后, 应 采 取 预 防 寒 潮袭 击、 突然降温和剧烈干燥等措施。 五、 大体积混凝土的温控施工现场监测工作 11 大体积 混凝土的温 控施工中, 除 应进行水泥水 化热的测定外, 在混凝 土浇 筑过程 中还 应进行 混凝土 浇筑温度的监 测, 在养 护过 程中应 进行 混凝土 浇筑块 体升降温、 内外温差、 降温速度及环境 温度等监测。监 测的规模 可根 据 所施 工工 程的 重 要性 和 施工 经 验确 定, 测温的方法可采用先进的测温方法, 如有经验也可 采用简易测温方法。这些监测结果能及 时反馈现场大 体积混凝土浇 筑块内 温度 变化的 实际情 况, 以 及所采 用的施工技术 措施的 效果, 为工程 技术 人员及 时采取 温控对策提供科学依据。 21 混凝土 的浇筑温度 系指混凝土振 捣后, 位于混 凝土上表面以 下 50~ 100mm 深处 的温 度。混凝 土浇 筑温度的测试每工作班( 8h) 应不少于 2 次。 31 大体积 混凝土浇筑 块体内外温差、 降温速度及 环境温度的测试, 每昼夜应不少于 2 次。 41 大体积 混凝土浇筑 块体温度监测 点的布置, 以 能真实反映出 混凝土 块体 的内外 温差、 降温速 度及环 境温度为原则, 一般可按下列方式布置: 1 ) 温度监测的 布置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半 条轴线为测温区 ( 对 长方体 可取较 短的 对称轴 线) , 在 测温区内温度测点呈平面布置; 2) 在测 温区内, 温度监 ( 上接第 11 页) 于是短肢剪力墙应满足的条件为 2 I ji 1 \ - 1 In F 也可表达为 ( h 1 + bw ) bf h 1 bw 1 ( b b3 + h 3 1 bw ) + 2( h1 + b f ) 6 f w 1 \ - 1 1 1 F 2[ h1 ( a0 + h )+ b l ] 2 bw 2 1 2 f h1 + b f 令 1 k = - 1, F bf K = , h1 bw D= l
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深度及混凝土的和易性确定, 当采用泵送 混凝土时, 混 凝土的摊铺厚度不 大于 600mm; 当采 用非泵送 混凝土 时, 混凝土的摊铺厚度不大于 400mm 。 ( 2) 分层连续浇筑或推移式连续浇筑, 其层间的间 隔时间应尽量缩短, 必须在前层混凝土初 凝之前, 将其 次层混凝土浇筑完毕。层间最长的时间间 隔不大于混 凝土的初凝时间。当层间间隔时间超过混 凝土的初凝 时间, 层面应按施工缝处理。 21 大体积混 凝土施工采 取分层浇筑混 凝土时, 水 平施工缝的处理 应符合 下列规 定: 1 ) 清除 浇筑 表面的 浮浆、 软弱 混凝 土层 及 松动 的 石 子, 并 均 匀露 出 粗骨 料; 2) 在上层混凝土浇筑前, 应用压力水冲 洗混凝土表 面的 污物, 充 分湿润, 但不得有 水; 3) 对 非泵送 及低流 动度混凝土, 在浇筑上层混凝土时, 应采取接浆措施。 31 混凝土的 拌制、 运输必 须满足连续 浇筑施工以 及尽量降低混凝 土出 罐温度 等方 面的要 求, 并 应符合 下列规定: 1) 当炎热季节浇筑大体积混凝 土时, 混凝土 搅拌 场站宜 对砂、 石骨 料采取 遮阳、 降 温措施; 2 ) 当采 用泵送混凝土施 工时, 混凝土 的运 输宜采 用混 凝土搅 拌运输车, 混凝 土搅拌 运输车 的数 量应满 足混 凝土连 续浇筑的要求。 41 在混凝土 浇筑过程中, 应及时清除 混凝土表面 的泌水。泵送混 凝土的 水灰 比一般 较大, 泌 水现 象也 较严重, 不及时清除, 将会降低结构混凝土的质量。 51 混凝土浇 筑完毕后, 应 及时按温控 技术措施的 要求进行保温养护, 并应符合下列规定: 1) 保温养护措 施, 应使混凝土 浇筑块 体的里 外温 差及降 温速 度满足 温控指标的要求; 2) 保温养护的持续时间, 应根据温度 应力( 包括混凝土收缩产生的应力) 加以 控制、 确定, 但 不得 少于 15d, 保温 覆盖层的拆 除应分层逐 步进行; 3) 在保温养护过程中, 应保持混凝土表面的湿润。 保温养护是大 体积 混凝土 施工 的关键 环节, 其目 的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内 外温差值以 降低混凝土块体 的自 约束应 力; 其 次是降 低大 体积混 凝土浇筑块体的 降温 速度, 充 分利 用混凝 土的 抗拉强 度, 以提高混凝土块体承受外约束应力的 抗裂能力, 达 到防止或控 制温度 裂缝 的目的。同 时, 在养 护过 程中 保持良好的湿度 和抗 风条件, 使混 凝土在 良好 的环境 下养护。施 工人 员 需根 据 事先 确 定的 温 控指 标 的要 求, 来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施。 61 塑料薄膜、 草袋可作为 保温材料覆 盖混凝土和 模板, 在寒冷 季节可 搭设挡 风保 温棚。覆盖 层的 厚度 应根据温控指标的要求计算。 71 对标高位于 ? 01 0 以下的部位, 应 及时回填土; ? 010 以上的部 位应 及时加 以 覆盖, 不宜 长 期暴 露在