近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和建筑技術(shù)的發(fā)展，建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大和各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快，大體積混凝土在工程中得到了廣泛應(yīng)用。隨之而來的大體積混凝土的裂縫控制問題也越來越引起設(shè)計(jì)和施工人員的關(guān)注。一般當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)斷面尺寸大于1m時(shí)，就稱之為大體積混凝土。導(dǎo)致大體積混凝土開裂的主要因素有水化熱、溫差、混凝土收縮等，其中溫度應(yīng)力是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。因此，在大體積混凝土施工中，如何有效的控制好混凝土溫度應(yīng)力、 防止發(fā)生裂縫， 顯得非常重要。本文通過工程實(shí)例研究了大體積混凝土裂縫控制的方法及措施。

    1 工程概況

    該工程為天津某項(xiàng)目一期工程研發(fā)中心探傷室，設(shè)計(jì)要求采用商品混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)為C30，密度不小于2500kg/m3。該項(xiàng)目長(zhǎng)17.8m，寬27.0m，高14.5m，混凝土底板厚度1M-1.5M，墻體厚度在-0.20m到+10.36m標(biāo)高范圍為2400mm和1600mm，在+10.36m到+14.50m標(biāo)高范圍為1200mm和800mm，柱子為暗柱，頂板厚為1000mm。

    2 原材料選擇及配合比設(shè)計(jì)

    2.1 原材料選擇

    1）水泥選用金隅水泥股份有限公司（天津振興水泥廠）生產(chǎn)的正通牌普通硅酸鹽42.5型水泥，其特點(diǎn)是外加劑適應(yīng)性良好，水化熱相對(duì)較低。

    2）外加劑選用復(fù)合緩凝高效減水劑，具有緩凝減水組分，適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，避免大體積混凝土水化熱過于集中，同時(shí)具有良好的混凝土保坍性，提高混凝土的和易性、可泵性和耐久性；

    3）骨料選用中砂和鐵礦石，提高混凝土的密度。

    4）BM抗裂膨脹劑為天津豹鳴股份有限公司生產(chǎn)的，其性能穩(wěn)定，在混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的過程中，產(chǎn)生微膨脹效果抵抗大體積混凝土內(nèi)部溫升產(chǎn)生應(yīng)力而造成開裂的傾向。

    5）摻合料為天津海得潤(rùn)滋股份有限公司生產(chǎn)II級(jí)粉煤灰和S95級(jí)超細(xì)礦粉。

    2.2 配合比設(shè)計(jì)

    該工程室外平均溫度為-10℃，大體積混凝土設(shè)計(jì)密度為2400 kg/m3。配合比設(shè)計(jì)見表1所示。

   表1  配合比設(shè)計(jì)                        單位：kg/m3

    3 混凝土溫度及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

    1、澆筑大體積混凝土溫度計(jì)算結(jié)果

    1）最大絕熱溫升

       Th＝(mc＋k·F)Q/c·ρ=(200+0.25*120)*375/0.97*2450=36.29℃       

     式中：Th——混凝土最大絕熱溫升(℃)；

           mc——混凝土中水泥（包括膨脹劑）用量(kg/m3)；

           F——混凝土活性摻合料用量(kg/m3)；

           K——摻合料折減系數(shù)。粉煤灰取0.25~0.30；

           Q——水泥28d水化熱(kJ/kg)，查表得375

           c——混凝土比熱、取0.97［kJ/(kg·K)］；

           ρ——混凝土密度、取2450(kg/m3)；

    2）混凝土中心計(jì)算溫度

    T1（3）＝Tj＋Th·ξ（3）＝15+36.29*0.65=38.6(℃)

    T1（6）＝Tj＋Th·ξ（6）＝15+36.29*0.62=37.5(℃)

    式中：T1（t）——t齡期混凝土中心計(jì)算溫度(℃)；

          Tj——混凝土澆筑溫度(℃)；

          ξ（t）——t齡期降溫系數(shù)、查表得

    3）混凝土表層（表面下50~100mm處）溫度

    （1）保溫材料厚度

    δ＝0.5h·λx(T2－Tq)Kb/λ(Tmax－T2)＝0.5*2.4*0.14*20/2.33*20=0.07 (m)

    式中：λx——所選保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m·K)]，查表得0.14

          T2——混凝土表面溫度(℃)；

          Tq——施工期大氣平均溫度(℃)；

          λ——混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33W/(m·K)；

          Tmax——計(jì)算得混凝土最高溫度(℃)；計(jì)算時(shí)可取T2－Tq＝15~20℃，Tmax＝T2＝20~25℃

         Kb——傳熱系數(shù)修正值，取1.3~2.0，

    （2）混凝土表面模板及保溫層的傳熱系數(shù)

     β＝1/[Σδi/λi＋1/βq]=1/[0.018/1.3+0.054/2.6+1/23]=12.8   

     式中：β——混凝土表面模板及保溫層等的傳熱系數(shù)[W/(m2·K)]；

           δi——各保溫材料厚度(m)；

           λi——各保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m·K)]；

           βq——空氣層的傳熱系數(shù)，取23[W/(m2·K)]。

    （3）混凝土虛厚度

      h'＝k·λ/β=2/3*2.33/12.8= 0.12

     式中：h'——混凝土虛厚度(m)；

           k——折減系數(shù)，取2/3；

          λ——混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33[W/(m·K)]。

    （4）混凝土計(jì)算厚度

      H＝h＋2h'=2.4+0.12*2=2.64 (m)

      式中：H——混凝土計(jì)算厚度(m)；

            h——混凝土實(shí)際厚度(m)。

    （5）混凝土表層溫度

     T2（3）＝Tq＋4·h'(H－h(huán)')[T1（3）－Tq]/H2 =-10+4*0.12*2.52*[38.6-4]/2.642=-4(℃)

    T2（6）＝Tq＋4·h'（H－h(huán)'）[T1（6）－Tq]/H2 =-10+4*0.12*2.52*[37.5-4] =-4.19(℃)

    式中：T2（t）——混凝土表面溫度(℃)；

          Tq——施工期大氣平均溫度(℃)；

          h'——混凝土虛厚度(m)；

          H——混凝土計(jì)算厚度(m)；

          T1（t）——混凝土中心溫度(℃)。

    4）混凝土內(nèi)平均溫度

    Tm(3)＝[T1(3)＋T2(3)]/2 =(38.6-4)/2=17.3(℃)

    Tm(6)＝[T1(6)＋T2(6)]/2 =(37.5-4.19)/2=16.6(℃)

    2、澆筑大體積混凝土應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

    1）大體積混凝土瞬時(shí)彈性模量

    E（3）＝E0(1－e-0.09*3  )=3*104*(1-2.718-0.09*3 )=0.71 *104

    E（6）＝E0(1－e-0.09*6  )=3*104*(1-2.718-0.09*6)=1.25 *104

    式中：E0——28d混凝土彈性模量(N/mm2)

    2）混凝土干縮率和收縮當(dāng)量溫差

    （1）混凝土干縮率

    εY（3）＝ε0Y（l-e-0.01t）M1·M2…M10 =3.24*10-4*(1-2.718-0.09*3                 )*1*0.92*1*1.8*0.9*1.09*1.25*1.44*1*0.58=1.3*10-4

    εY（6）＝ε0Y(l-e-0.01*6)M1·M2…M10 =3.24*10-4*(1-2.718-                       0.09*6)*1*0.92*1*1.8*0.9*1.02*1.25*1.44*1*0.58=2.145*10-4

     式中：ε0Y——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下混凝土極限收縮值，取3.24×10-4；

           M1·M2…M10——各修正系數(shù)，查表得

    （2）收縮當(dāng)量溫差

     TY（3）＝εY（3）/α =1.3*10-4/1×10-5=13(℃)

     TY（6）＝εY（6）/α =2.145*10-4/1×10-5=21.45(℃)

     式中：α——混凝土線膨脹系數(shù)，1×10-5(1/`C)。

    3）結(jié)構(gòu)計(jì)算溫差

    ΔTi＝Tm（i）―Tm（i+3）＋TY（i+3）―TY（i） =17.3-16.6+21.45-13=9.15

    4）各區(qū)段拉應(yīng)力

    =(0.71+1.25)*104 /2* 1×10-5 *9.1*0.545=0.486

    式中：——i區(qū)段平均彈性模量(N/mm2)；

          ——i區(qū)段平均應(yīng)力松弛系數(shù)，查表得

          ——i區(qū)段平均地基約束系數(shù)；不考慮

    5）到指定期混凝土內(nèi)最大應(yīng)力

    = 1/(1-0.15)*0.486=0.57

    式中：ν——泊松比，取0.15。

    6）安全系數(shù)

    K＝ft/σmax =1.43/0.57= 2.5 ≥1.15

    式中：K——大體積混凝土抗裂安全系數(shù)，應(yīng)≥1.15；

          ft——到指定期混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)，查表得1.43。

     由溫度及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知：采用低水化水泥、粉煤灰、礦粉、減水劑及BM膨脹劑制備的混凝土，其澆筑時(shí)溫度及應(yīng)力值均滿足大體積混凝土的要求。 

    4 質(zhì)量控制措施

    1）混凝土生產(chǎn)過程控制

    （1）由于混凝土骨料密度較大，容易產(chǎn)生離析，因此建議現(xiàn)場(chǎng)施工混凝土入模坍落度為140±20mm；

    （2）在實(shí)際生產(chǎn)前，攪拌機(jī)組應(yīng)對(duì)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行零點(diǎn)校核，保證計(jì)量的準(zhǔn)確；

    （3）摻加BM抗裂膨脹劑混凝土比普通混凝土延長(zhǎng)30s，但也不宜過長(zhǎng)；

    （4）出廠混凝土進(jìn)行坍落度和工作性的檢測(cè)，合格后方可出廠，并留置相應(yīng)要求的試件。

    2）混凝土澆筑過程控制

    大體積混凝土施工環(huán)節(jié)的控制，對(duì)混凝土后期質(zhì)量至關(guān)重要。施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2009）及其他有關(guān)施工規(guī)范的要求做好準(zhǔn)備工作，此外特別注意以下幾點(diǎn)：

    （1）在施工工程中，因要求混凝土密度較大，為防止混凝土產(chǎn)生離析造成堵管，泵送距離不宜過長(zhǎng)；

    （2）大體積混凝土應(yīng)按照施工組織設(shè)計(jì)的安排，合理布設(shè)循環(huán)冷卻水管及測(cè)溫孔；

    （3）混凝土搗固必須密實(shí)，不能漏震、欠振、也不可過振。振搗時(shí)間以混凝土開始泛漿和不冒氣泡為準(zhǔn)。振搗時(shí)，快插慢拔，振點(diǎn)布置要均勻。在預(yù)埋件處，加強(qiáng)振搗，以免振搗不實(shí)，振搗時(shí)應(yīng)盡量不觸及模板、鋼筋，以防止其位移、變形；

    3）測(cè)溫及養(yǎng)護(hù)

    （1）測(cè)溫

    測(cè)溫時(shí)間：一般在混凝土終凝后開始，升溫過程每隔 4h~6h 測(cè)量一次，降溫過程每隔 8h 直至混凝土的內(nèi)、表溫差和外溫差趨于(0～5)℃后結(jié)束。嚴(yán)格控制混凝土的內(nèi)、表溫差和外溫差不超過 25℃。

    測(cè)溫方法：測(cè)溫時(shí)按測(cè)溫孔編號(hào)順序進(jìn)行，使用測(cè)溫儀（溫度計(jì)）插入測(cè)溫孔進(jìn)行測(cè)溫，仔細(xì)讀數(shù)，并匯入測(cè)溫記錄表，同時(shí)將測(cè)溫孔用保溫材料堵塞（覆蓋） 好，每次混凝土測(cè)溫完畢后，保溫材料要恢復(fù)原位并用塑料膠帶纏好防止養(yǎng)護(hù)水侵入。

    （2）養(yǎng)護(hù)

    大體積混凝土以適當(dāng)延遲拆模時(shí)間為宜，并設(shè)專人負(fù)責(zé)混凝土養(yǎng)護(hù)工作，宜采取濕養(yǎng)和水淋相結(jié)合的方法。濕養(yǎng)護(hù)——松模后從上部淋水，拆模后養(yǎng)護(hù)14d；水淋養(yǎng)護(hù)——在混凝土澆注拆除模板后，在墻體頂端設(shè)置 PVC 管進(jìn)行間斷性的噴淋，淋水養(yǎng)護(hù)至 14d。墻體淋水養(yǎng)護(hù)時(shí)都應(yīng)覆蓋吸水性好的材料(土工布)防止混凝土污染。

    5 結(jié)論

    通過原材料選擇，優(yōu)化配合比的設(shè)計(jì)，以及相應(yīng)的保障措施，該工程大體積混凝土施工取得了良好的效果。根據(jù)該工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，在滿足混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下，從原材料、養(yǎng)護(hù)技術(shù)和施工工藝入手，堅(jiān)持以預(yù)防為主，采用適宜的技術(shù)，在大體積混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、 混凝土材料的選擇、配合比優(yōu)化、拌制、運(yùn)輸、澆筑、保溫養(yǎng)護(hù)以及施工過程中溫度應(yīng)力的監(jiān)測(cè)控制等環(huán)節(jié)，加強(qiáng)技術(shù)措施，能夠有效降低水化熱，減少溫度應(yīng)力，增強(qiáng)大體積混凝土的抗裂性能，提高混凝土的耐久性能。

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