钢筋混凝土片筏基础施工温度裂缝控制

摘要:建筑工程大体积混凝土结构中,水泥水化过程中会释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用,而导致钢筋混凝土产生裂缝。本文主要针对此进行分析温度裂缝形成原因、控制裂缝计算以及质量保证措施加以阐述。

关键词:温度裂缝裂缝控制计算 裂缝防治

一、工程概况

本工程位于江苏沛县某电厂内,由三个内径为20m、高33.3m、壁厚为0.4m的筒仓基础相连构成。钢筋混凝土浇筑厚度为1.6m,基础钢筋混凝土工程量约为1600m3。由于本工程基础混凝土体积较大,在施工过程中采取了事前质量控制、事中质量控制、事后质量控制来保证大体积混凝土的施工质量。本章仅就采用商品混凝土产生的温度裂缝的成因分析、混凝土浇筑前的裂缝控制计算及质量控制措施加以重点阐述。

二、混凝土浇筑方案

本工程筏板基础混凝土体积较大,为了保证结构安全性,要求混凝土连续浇筑,一次成活。

a确定合理的浇筑方向:本工程分三层浇筑一次成型的施工方法,三层混凝土浇筑厚度分别为500、600、500,合理控制分层之间的时间间隔在混凝土初凝前.

b为加快进度,在现场集中搅拌站,利用混凝土输送泵直接将混凝土输送到基坑内浇筑,另外利用塔吊配合混凝土浇筑施工.

c混凝土浇筑采取从任一圆中线开始,两个施工队相向浇筑,齐头并进,循序前进,分层一次浇筑到顶的浇筑方法,即采用自然流淌形成斜坡的浇筑方法,能较好地适应泵送工艺,提高效率,保证上下接缝.

d选择良好颗粒级配的粗细骨料,严格控制其含泥量,加强混凝土的振捣,提高混凝土的密实度和抗拉强度,减少收缩变形。

e加强混凝土的长时间养护,布置测温控制点,定人定时测量,本工程采用一层塑料薄膜和两层草帘子覆盖养护。

三、混凝土裂缝成因分析

工程实践及科学分析都表明,混凝土结构中微小裂缝是不可避免的,混凝土构件的任何裂缝都是微小裂缝发展的结果。混凝土出现裂缝的原因分析:

a混凝土自身特性产生裂缝的原因

混凝土是由粗骨料、细骨料、水泥、水等材料,经水泥水化后与骨料组成的混合物,在经过化学收缩塑性收缩碳化收缩及干燥收缩后,总收缩量为0.04-0.06%。同时随着水泥强度等级提高,细度增大,混凝土收缩会进一步加大,也就是说混凝土的收缩是其自固有的特性,且因此产生裂缝也是常见的。

混凝土干缩裂缝的原因,混凝土在凝结过程中要发生体积变化,当混凝土要收缩而又受到构件限制时,如果约束力大于收缩力即产生裂缝,造成混凝土裂缝是混凝土在硬化后,长时间水分蒸发

温度引起裂缝,大体积混凝土结构,浇筑后水泥水化反应产生大量水化热,内部热量不易散发出去,结构内部温度升高,而其表面蒸发热量快,此时形成内外温差,促使混凝土内部产生应力,表面产生拉应力,当表面拉应力超过结构构件所允许的极限抗拉强度时,就会在表面产生裂缝,随着水化反应减弱,混凝土逐渐降温,在降温过程中,同样会产生裂缝。

在混凝土浇筑过程中,特别是板墙等表面较大的结构件,常常出现中部宽两端窄的梭形裂缝,发生位置一般在面板肋交接得处,梁板交接处,梁柱交接处,及结构变截面的地方,这种裂缝产生的主要原因是在混凝土浇筑过程时,在重力作用下,粗骨料密度较大者会缓慢下移,沉降密实,水及气泡等小密度者被挤到混凝土表面从而,造成混凝土骨料分布不均匀,使内部产生应力缺陷,由此出现局部裂缝,塌落度越大,混凝土越厚,保水性越差,沉降越严重,越易产生裂缝。即使均匀沉降,由于内部钢筋等阻碍,骨料分布不均匀,有时也会出现裂缝。

b施工原因造成的裂缝

由于混凝土的施工过程中,对混凝土及泵送混凝土缺乏认识,由此产生裂缝,一般有如下的一些情况:

用插入式振动棒密实混凝土,使混凝土流淌、摊铺,从而造成某些区域骨料集中,某些区域灰浆集中,在灰浆集中区域会出现大量的收缩裂缝

现场加水或过量外加剂,从而增大了水灰比,不但降低了混凝土强度,也易造成密实后的泌水,留下大量泌水通道,失水后混凝土表面产生毛细管收缩力,造成裂缝的出现。

施工后的养护是否及时与质量好坏,不但影响混凝土质量,而且也会影响混凝土收缩增大而导致裂缝。

混凝土加载过早,致使混凝土局部塌陷而应力集中,导致混凝土出现裂缝。

通过以上原因分析,建筑工程大体积混凝土结构中,由于结构截面尺寸大,水泥用量多,水泥水化过程中释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用,而形成的温度收缩应力超过了混凝土的抗拉强度,是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。因混凝土表面和内部的散热条件不同,形成温度内高外低,混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,就会产生裂缝。所以控制好混凝土的温差是混凝土成型质量的重要保证。

四、温度计算

在大体积混凝土施工前,必须进行温度应力的计算,并预先采取相应的技术措施控制温度差值,控制温度裂缝的开展,做到心中有数,科学指导施工,确保大体积混凝土的施工质量。

4.1温度的计算

搅拌站提供的混凝土每立方米各项材料用量及温度如下:

水泥:367,30℃

砂子:730, 25℃,含水率为3%

石子:1083, 25℃,含水率为2%

水:195,25℃

a混凝土拌合物的温度

T0=【0.9(mceTce+msaTsa+mgTg)+4.2Tw(mw-ωsamsa-ωgmg)+c1(ωsamsaTsa+ωgmgTg)-c2(ωsamsa+ωgmg)】÷【4.2mw+(mce+msa+mg)】

mw、mce、msa、mg--水、水泥、砂、石的用量()

Tw、Tce、Tsa、Tg--水、水泥、砂、石的的温度(℃)

ωsa、ωg砂、石的含水率(%)

c1 、c2水的比热容(kJ/)及溶解热(kJ/)

当骨料温度≤0℃时,c1 =2.1,c2=335

当骨料温度>0℃时,c1 =4.2,c2=0

为了简便计算,外加剂等的重量均计算在水泥的重量内.

代入数值T0=23.6℃

b混凝土拌合物的出机温度

T1=T0-0.16(T0-Ti)

T1-混凝土拌合物的出机温度(℃)

Ti-搅拌棚内温度(℃)

T1=23.6-0.16(23.6-30)=24.6℃

c混凝土拌合物浇筑完成时温度

T2=T1-(αtt+0.032n)(T1-Ta)

T2-混凝土拌合物经运输至浇筑完成时的温度

α-温度损失系数(h-1)

tt-混凝土自运输至浇筑完成时的时间(h)

n-混凝土运转次数

Ta-运输时的环境气温(℃)

T2=25.1℃

混凝土拌合物浇筑完成时的温度计算中略去了模板和钢筋的吸热影响.有关的计算可以参照《混凝土结构工程施工及验收规范》

4.2混凝土最高温升值(℃)

Tmax=T2+(mce/10)+(F/50)

Tmax-水泥用量()

F---粉煤灰用量()

Tmax=61.8℃

该温度为基础底板混凝土内部中心点的温升高峰值,该温升值一般都略小于绝热温升值,一般在混凝土浇筑后3天左右产生,以后趋于稳定不再升温,并且开始逐步降温.

4.3混凝土表面温度

规范规定:对大体积混凝土的养护,应根据气候条件采取相应控温措施,并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度,将温差控制在设计要求的范围以内;当设计无具体要求时,温差不宜超过25℃,因此将混凝土表面的温度控制在20℃左右,这样混凝土内部温度与表面温度,以及表面温度之差均不超过25℃.表面温度的控制可采取调整保湿保温层的厚度.

4.4混凝土中心温度

Tmax=To+(Tt×ξ)=57.59℃

采用一层塑料薄膜和二层草帘覆盖养护.

五、混凝土裂缝的防治

加强事前控制,制定防范措施,是混凝土工程质量达到合格的重要保证;对于大体积混凝土施工主要控制有害裂缝的出现和发展,而内外温差的控制是裂缝控制的主要方法。可以从降低水泥水化热、改善混凝土原材料施工配合比;加强施工中温度控制,改善约束条件、削减温度应力、加强混凝土的振捣、提高混凝土的密实度.

a为减少混凝土由于自身原因引起的裂缝一般应注重原材控制和配合比优化

原材料的质量控制,精心选材

Ⅰ粗骨料:一般在粗骨料粒径满足结构钢筋净距设计和泵送要求时,优先选用较大粒径骨料,粒径大可以减少水泥用量,进而减少混凝土自身收缩,另外,粗骨料应是级配连续且含片状不超标,从而增加混凝土可泵性,减少砂率,达到减少混凝土自身收缩的目的。

Ⅱ细骨料:采用级配合理的中砂,可降低用水量,进而可降低混凝土裂缝的出现,同时降低砂中含泥量,也可降低混凝土的收缩量,减少混凝土裂缝出现的可能性。

Ⅲ掺入适量减水剂,可以大大减少用水量,从而在水灰比不变的情况下,可减少水泥用量,降低混凝土收缩量,加入适量粉煤灰,矿粉等掺各料,可改善混凝土的特性,提高右泵性,降低水化热,增加密实度,减少混凝土裂缝出现。

配合比做优化

配合比设计应符合普通混凝土配合比级配规范,除要满足强度外,还要考虑运输、泵送等因素。科学的配合比设计,应考虑最适宜的塌落度,砂率、加掺掺和料。总之,在保证强度的前提下,尽量减少水泥用量和减小坍落度。

b大体积混凝土温差裂缝防治

对大体积混凝土施工,应在施工前计算混凝土升温峰值,估计内部温差及降温速率,制定切实可行的技术措施,同时选择适宜的原材及合理的配合比,及时养护

Ⅰ选择适宜材料,降低混凝土水化热,选择中低热水泥,掺入适宜粉煤灰,矿粉或膨胀剂

Ⅱ采用二次抹压的施工技术,可有效消除由于干缩及塑性收缩而引起表面裂缝,增加内部密实度。

Ⅲ加强施工后养护:

保湿养护:二次抹压后,迅速覆盖塑料薄膜,减少水分蒸发

保温养护:按温控制措施,选择养护材料,覆盖厚度及养护时间,目的减缓降温速度,减少内外温差。

Ⅲ拆模后,迅速回填。减缓温差变化。减少裂缝。

c塑性(沉陷)收缩引起裂缝防治

应严格控制坍落度,一般设计值+20,避免过大,表面保湿、保温养护及时充分。对大面板拆模部分防止产生干燥收缩。

d不要在同一处连续给料及同一处连续振动赶料,应现时在2-3M范围内移动、布料。避免同一处连续振动。严禁在施工中随意加水及外加剂。可按可行技术方案保温、保湿、防风等措施。

作者简介:

王明生1973.05男中煤大屯建筑安装工程公司工程师