試論大體積砼施工裂縫控制對策研究
General 更新 2024年05月26日
【論文關鍵詞】大體積砼 冬季施工防裂 溫度應力 蓄熱保溫
【論文摘要】隨著我國建築業的發展，高層建築、超高層建築不斷湧現，各種大型場館不斷投入建設，高層建築的箱形基礎或筏形基礎都有大體積的砼結構，還常有深樑以及轉換層、轉換大梁，這些結構對砼的施工技術提出了更高的要求，施工企業在具體施工過程中，常常出現裂縫問題，並且近年來日趨增多。
某工程總建築面積14萬m2，根據工程進度安排，該基礎砼屬於冬季大體積砼施工。其中A樓主樓地上29層、地下2層，深基坑砼為C40P8，基坑砼最深處達6.0m，一次性澆築約2500m3；B樓主樓地上44層、地下2層，深基坑砼為C40P8，基坑砼最深處達6.9m，一次性澆築約4500m3。本文結合該工程就有關大體積砼澆築常見的裂縫控制問題進行較深入的研討。
1.1砼內部最高溫升值
該溫度為基礎底板砼內部中心點的溫升高峰值，該溫升值一般都略小於絕熱溫升值，一般在砼澆築後3d左右產生，以後趨於穩定不再升溫，並且開始逐步降溫。由於砼內部最高溫升值為69℃，因此將砼表面的溫度控制在44℃左右，這樣砼內外溫差不會超過規範規定的25℃，表面溫度的控制可採取調整保溫層的厚度得以實現。
1.2溫度應力計算
在砼澆築後水化熱值達到最大時，計算此時由溫差和收縮差引起的溫度應力。採用425號矽酸鹽水泥拌制的砼，在養護溫度20℃左右，齡期18d的強度可達到設計強度的85%左右，摻加了JM-3防水劑後，齡期18d的強度可達到設計強度的95%以上。C40砼的抗拉強度設計值為1.71MPa/mm2，設計強度的95%為1625N/mm2。
=1.18N/mm21.1Ν/mm2***承臺則會開裂***。
2.大體積砼冬季施工準備工作
2.1材料選擇
2.1.1水泥
普通水泥水化熱較高，在砼內部溫升過高，與砼表面產生較大的溫差，使砼內部產生壓力，表面產生拉力。當表面拉力超過早期砼抗拉強度時就會產生溫度裂縫，通過摻加合適的外加劑可以改善砼的效能，並提高砼的抗滲能力。
2.1.2外加劑
通過分析比較及過去在其他工程上的使用經驗，四季仁恆專案採用JM-3砼防水劑，摻量為水泥重量的8%，該防水劑能明顯提高硬化後的砼抗滲效能，同時還具有防水、降低水化熱峰值、對砼收縮有補償功能，可提高砼的抗裂性。
2.2現場準備工作
2.2.1基礎承臺鋼筋及柱、牆插筋應分段儘快施工完畢，並進行隱蔽工程驗收。
2.2.2將基礎底板上表面標高抄測在柱、牆鋼筋上，並作明顯標記，供澆築砼時採用。
2.2.3澆築砼時預埋的測溫管及保溫所需的塑料薄膜、草袋應提前準備好。
2.2.4管理人員、施工人員、後勤人員、測溫人員、保溫人員等晝夜排班，堅守崗位，各負其責，保證砼連續澆築的順利進行。
3.大體積砼冬季施工措施
3.1砼澆築
3.1.1砼採用商品砼，用砼輸送泵將砼泵送到澆築地點，需採用一臺汽車泵與3臺固定泵。
3.1.2砼澆築時應採用“分割槽定點、一個坡度、循序推進、一次到頂”的澆築工藝，劃定澆築區域，每臺泵車負責本區域的砼澆築，澆築時先在一個部位進行，直至達到設計標高，砼形成扇形向前流動，然後在其坡面上繼續澆築，循序推進。這種澆築方法能較好地適應泵送工藝，使每車砼均澆築在前一車砼形成的坡面上，確保每層砼之間的澆築間歇不超過規定的時間，同時可解決頻繁移動泵車的問題，也便於澆築完的部位進行覆蓋保溫。
3.1.3砼澆築應連續進行，間歇時間不得超過3.5h，過時仍不能繼續澆築時，需採取應急措施，即在已澆築的砼面上插&12短鋼筋，長度1m，間距500mm，呈梅花狀佈置，同時將砼表面用塑料薄膜或草袋覆蓋保溫，以保證砼表面不受凍。
3.1.4由於砼坍落度比較大，會在表層鋼筋下部產生水分，或在表層鋼筋的上部產生細小裂縫。為了防止出現這種裂縫，在砼初凝前採取二次抹面壓實措施。
3.2砼測溫
3.2.1基礎底板砼澆築時應設專人配合預埋測溫，測溫熱電偶分別埋置在不同的部位。
3.2.2測溫工作應連續進行，每4h測一次，持續測溫18d及砼強度達到設計強度的要求，並經技術部門同意後方可停止測溫。
3.2.3測溫時發現砼內部最高溫度與表面溫度之差達到25℃或溫度異常時，應及時採取應對措施。
3.3砼養護
3.3.1砼澆築及二次抹面壓實後應立即覆蓋保溫，經計算得出先在砼表面覆蓋一層塑料薄膜，然後在上面覆蓋四層草袋內含二層塑料薄膜，頂上再蓋一層塑料薄膜。
3.3.2新澆築的砼水化速度比較快，蓋上塑料薄膜後進行保溼養護，防止砼表面因脫水而產生幹縮裂縫，同時可避免草袋因吸水受潮降低保溫效能。
3.3.3柱、牆插筋及後澆帶部位是保溫的難點，要特別注意蓋嚴，防止造成溫差較大或區域性受凍。
3.4蓄熱保溫、控制內外溫差
砼澆築完成後***終凝前***應對砼進行蓄熱保溫， 控制砼表面溫度，控制降溫速率，減少溫度梯度***溫度梯度控制按JBJ224-91規程規定，砼澆灌承臺的降溫速度不宜大於1.5℃/d，因砼總體降溫緩慢，可充分發揮砼徐變特性降低溫度應力***，使砼內外溫差控制在25℃以內。為達到此目的要及時對砼溫度進行測量，隨時測量內外溫差，以調整覆蓋保溫材料厚度，當內外溫差小於25℃時，可逐步撤除保溫層。
3.4.1覆蓋保溫材料厚度計算
d=0.5Hλ1***Ta-Tb***K/λ2***Tmax-Ta***
d—保溫層厚度；H—砼承臺厚度***m***
λ1—保溫材料導熱係數***W/HK***，草袋取0.055
λ2—砼導熱係數***W/HK***，取2.5；Tmax-砼最高溫度
Ta—砼表面溫度；Tb—大氣溫度***可按平均氣溫取值***
K—傳導係數修正值，取1.0
d=0.5×6.9×0.055×***44-5***×1.0/2.5×***69-44***=0.08***m***
所以應採用四層塑料薄膜和四層草袋覆蓋養護。
3.4.2蓄熱保溫時間計算
按砼最高溫度69℃計算，砼澆築後半個月內以日平均溫度5℃計算，拆除保溫層時間以砼承臺中心溫度與外界溫差小於25℃為標準，則承臺中心最高溫度應降到25+5=30℃以內。最高溫度降溫數為69-30=39℃，按日平均降溫1.5℃計算，則需要39/1.5=26d，故保溫時間不得少於26d，具體應以實測溫度計算溫差決定。
鑑於本工程為150m超高層結構，承臺體積大，僅基礎大體積砼的工程造價約為700萬元左右，又值冬季施工，建設、設計、監理、施工等單位對溫控方案十分重視，經過技術可行性方案比較，最後決定選用覆蓋蓄熱保溫法，基本上達到溫控目標。■
【參考文獻】
［１］孟昭光,李智慧,閆海義,吳雲霞.冬季混凝土澆築的熱工計算[J]．東北水利水電, 1998, ***05***.
［２］遲培雲,楊旭,李金波.大體積混凝土的冬季冷法施工技術[J]．低溫建築技術, 2000, ***03***.
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【論文摘要】隨著我國建築業的發展，高層建築、超高層建築不斷湧現，各種大型場館不斷投入建設，高層建築的箱形基礎或筏形基礎都有大體積的砼結構，還常有深樑以及轉換層、轉換大梁，這些結構對砼的施工技術提出了更高的要求，施工企業在具體施工過程中，常常出現裂縫問題，並且近年來日趨增多。
某工程總建築面積14萬m2，根據工程進度安排，該基礎砼屬於冬季大體積砼施工。其中A樓主樓地上29層、地下2層，深基坑砼為C40P8，基坑砼最深處達6.0m，一次性澆築約2500m3；B樓主樓地上44層、地下2層，深基坑砼為C40P8，基坑砼最深處達6.9m，一次性澆築約4500m3。本文結合該工程就有關大體積砼澆築常見的裂縫控制問題進行較深入的研討。
1.1砼內部最高溫升值
該溫度為基礎底板砼內部中心點的溫升高峰值，該溫升值一般都略小於絕熱溫升值，一般在砼澆築後3d左右產生，以後趨於穩定不再升溫，並且開始逐步降溫。由於砼內部最高溫升值為69℃，因此將砼表面的溫度控制在44℃左右，這樣砼內外溫差不會超過規範規定的25℃，表面溫度的控制可採取調整保溫層的厚度得以實現。
1.2溫度應力計算
在砼澆築後水化熱值達到最大時，計算此時由溫差和收縮差引起的溫度應力。採用425號矽酸鹽水泥拌制的砼，在養護溫度20℃左右，齡期18d的強度可達到設計強度的85%左右，摻加了JM-3防水劑後，齡期18d的強度可達到設計強度的95%以上。C40砼的抗拉強度設計值為1.71MPa/mm2，設計強度的95%為1625N/mm2。
=1.18N/mm21.1Ν/mm2***承臺則會開裂***。
2.大體積砼冬季施工準備工作
2.1材料選擇
2.1.1水泥
普通水泥水化熱較高，在砼內部溫升過高，與砼表面產生較大的溫差，使砼內部產生壓力，表面產生拉力。當表面拉力超過早期砼抗拉強度時就會產生溫度裂縫，通過摻加合適的外加劑可以改善砼的效能，並提高砼的抗滲能力。
2.1.2外加劑
通過分析比較及過去在其他工程上的使用經驗，四季仁恆專案採用JM-3砼防水劑，摻量為水泥重量的8%，該防水劑能明顯提高硬化後的砼抗滲效能，同時還具有防水、降低水化熱峰值、對砼收縮有補償功能，可提高砼的抗裂性。
2.2現場準備工作
2.2.1基礎承臺鋼筋及柱、牆插筋應分段儘快施工完畢，並進行隱蔽工程驗收。
2.2.2將基礎底板上表面標高抄測在柱、牆鋼筋上，並作明顯標記，供澆築砼時採用。
2.2.3澆築砼時預埋的測溫管及保溫所需的塑料薄膜、草袋應提前準備好。
2.2.4管理人員、施工人員、後勤人員、測溫人員、保溫人員等晝夜排班，堅守崗位，各負其責，保證砼連續澆築的順利進行。
3.大體積砼冬季施工措施
3.1砼澆築
3.1.1砼採用商品砼，用砼輸送泵將砼泵送到澆築地點，需採用一臺汽車泵與3臺固定泵。
3.1.2砼澆築時應採用“分割槽定點、一個坡度、循序推進、一次到頂”的澆築工藝，劃定澆築區域，每臺泵車負責本區域的砼澆築，澆築時先在一個部位進行，直至達到設計標高，砼形成扇形向前流動，然後在其坡面上繼續澆築，循序推進。這種澆築方法能較好地適應泵送工藝，使每車砼均澆築在前一車砼形成的坡面上，確保每層砼之間的澆築間歇不超過規定的時間，同時可解決頻繁移動泵車的問題，也便於澆築完的部位進行覆蓋保溫。
3.1.3砼澆築應連續進行，間歇時間不得超過3.5h，過時仍不能繼續澆築時，需採取應急措施，即在已澆築的砼面上插&12短鋼筋，長度1m，間距500mm，呈梅花狀佈置，同時將砼表面用塑料薄膜或草袋覆蓋保溫，以保證砼表面不受凍。
3.1.4由於砼坍落度比較大，會在表層鋼筋下部產生水分，或在表層鋼筋的上部產生細小裂縫。為了防止出現這種裂縫，在砼初凝前採取二次抹面壓實措施。
3.2砼測溫
3.2.1基礎底板砼澆築時應設專人配合預埋測溫，測溫熱電偶分別埋置在不同的部位。
3.2.2測溫工作應連續進行，每4h測一次，持續測溫18d及砼強度達到設計強度的要求，並經技術部門同意後方可停止測溫。
3.2.3測溫時發現砼內部最高溫度與表面溫度之差達到25℃或溫度異常時，應及時採取應對措施。
3.3砼養護
3.3.1砼澆築及二次抹面壓實後應立即覆蓋保溫，經計算得出先在砼表面覆蓋一層塑料薄膜，然後在上面覆蓋四層草袋內含二層塑料薄膜，頂上再蓋一層塑料薄膜。
3.3.2新澆築的砼水化速度比較快，蓋上塑料薄膜後進行保溼養護，防止砼表面因脫水而產生幹縮裂縫，同時可避免草袋因吸水受潮降低保溫效能。
3.3.3柱、牆插筋及後澆帶部位是保溫的難點，要特別注意蓋嚴，防止造成溫差較大或區域性受凍。
3.4蓄熱保溫、控制內外溫差
砼澆築完成後***終凝前***應對砼進行蓄熱保溫， 控制砼表面溫度，控制降溫速率，減少溫度梯度***溫度梯度控制按JBJ224-91規程規定，砼澆灌承臺的降溫速度不宜大於1.5℃/d，因砼總體降溫緩慢，可充分發揮砼徐變特性降低溫度應力***，使砼內外溫差控制在25℃以內。為達到此目的要及時對砼溫度進行測量，隨時測量內外溫差，以調整覆蓋保溫材料厚度，當內外溫差小於25℃時，可逐步撤除保溫層。
3.4.1覆蓋保溫材料厚度計算
d=0.5Hλ1***Ta-Tb***K/λ2***Tmax-Ta***
d—保溫層厚度；H—砼承臺厚度***m***
λ1—保溫材料導熱係數***W/HK***，草袋取0.055
λ2—砼導熱係數***W/HK***，取2.5；Tmax-砼最高溫度
Ta—砼表面溫度；Tb—大氣溫度***可按平均氣溫取值***
K—傳導係數修正值，取1.0
d=0.5×6.9×0.055×***44-5***×1.0/2.5×***69-44***=0.08***m***
所以應採用四層塑料薄膜和四層草袋覆蓋養護。
3.4.2蓄熱保溫時間計算
按砼最高溫度69℃計算，砼澆築後半個月內以日平均溫度5℃計算，拆除保溫層時間以砼承臺中心溫度與外界溫差小於25℃為標準，則承臺中心最高溫度應降到25+5=30℃以內。最高溫度降溫數為69-30=39℃，按日平均降溫1.5℃計算，則需要39/1.5=26d，故保溫時間不得少於26d，具體應以實測溫度計算溫差決定。
鑑於本工程為150m超高層結構，承臺體積大，僅基礎大體積砼的工程造價約為700萬元左右，又值冬季施工，建設、設計、監理、施工等單位對溫控方案十分重視，經過技術可行性方案比較，最後決定選用覆蓋蓄熱保溫法，基本上達到溫控目標。■
【參考文獻】
［１］孟昭光,李智慧,閆海義,吳雲霞.冬季混凝土澆築的熱工計算[J]．東北水利水電, 1998, ***05***.
［２］遲培雲,楊旭,李金波.大體積混凝土的冬季冷法施工技術[J]．低溫建築技術, 2000, ***03***.
關於中國建築的論文