大体积混凝土温度裂缝控制措施

大体积混凝土温度裂缝控制的实践应用讨论大体积混凝土施工易产生温度裂缝是常见的质量通病，虽然造成大体积混凝土裂缝的因素非常多，但由于水泥的水化热和混凝土的低热传导性而导致内外温差过大无疑是混凝土裂缝最主要的原因之一，因此采取有效措施避免温度裂缝的产生是保证工程结构质量的关键。本文结合工程实践，从控制混凝土内外温差，所采取的温控技术措施及运用测温监控技术，进行保温控温养护方面来论述如何保证大体积混凝土质量。1工程概况：某工程位于福州市五四路，由二层地下室、三十一层塔楼组成。主楼中心基础为桩基筏形基础，面积为1760㎡，底板厚度3m，塔楼核心筒部分底板厚度6.75m，混凝土强度等级为C45S10，一次性浇捣混凝土方量约6200m3。2混凝土配合比设计：2.1原材料的选择：⑴水泥：选用水化热较低的万年青42.5普通硅酸盐水泥，以利于大体积混凝土的施工温度控制。⑵骨料：选用5～31.5㎜碎石，针、片状含量﹤10％，压碎指标≦12%，且级配良好。砂为闽江中砂，细度模数大于2.8。砂、石的含泥量均在1％以内。⑶粉煤灰：掺加磨细的Ⅱ级粉煤灰取代水泥用量，以降低水化热，减少干缩和提高混凝土表面抗裂性能。⑷外加剂：为解决大体积混凝土裂缝问题，设计要求采用补偿收缩混凝土。经福建省科研所论证本工程决定采用AEA膨胀剂与TW－10高性能泵送剂使混凝土得到补偿收缩，产生膨胀效应，降低混凝土的收缩当量温差，减少混凝土收缩应力。2.2施工配合比：底板混凝土强度等级C45，抗渗标号P10。因此在配合比设计时即要满足强度要求，也应满足抗渗要求；还需考虑温升控制、降低水化热防止温度裂缝的产生。科研所在原材料复试合格后进行多组试配，选择最优配合比如下：施工配合比水灰比砂率坍落度材料用量㎏\m3水水泥砂石AEATW-10粉煤灰备注0.4740100－120180380692103930.46.4692初凝时间16h3混凝土温度计算：3.1混凝土绝热温升：Th=(mc+K×F)Q/C×ρ式中:Mc、F为水泥和掺合料用量，本工程分别为410㎏／m3、92㎏／m3；K掺合料折减系数取0.28；水泥28d水化热Q为375kJ/㎏；混凝土比热C取0.97[kJ（㎏·K）]；混凝土密度ρ取2400㎏／m3则Th＝70.30C3.2混凝土收缩变形值：εy（t）＝εy0（1－e－bt）×M1×M2×M3┄×Mn式中:εy0取3.24×10-4；e为2.718；b取0.01；t取21天；M1、M1、M3┄Mn在这里只考虑水灰比、养护时间和环境湿度影响，取M4=1.147,M6=0.93,M7=0.7.则εy（21）＝0.46×10-43.3混凝土收缩当量温差（0C）：Ty＝－εy（21）／a式中：εy（21）＝0.46×10-4；混凝土线膨胀系数a取1.0×10－5；则Ty＝4.60C3.4混凝土弹性模量：E（t）=EC(1-e-0.09t)式中E（t）本工程取21天；混凝土最终弹性模量EC取3.35×104则E（21）＝2.84×104N／㎜3.5混凝土的最大综合温差：ΔT=TO+2/3Th+Ty-Tq式中：TO本工程取20℃；各龄期大气平均温度Tq取11.3℃计算得ΔT＝60.2℃3.6混凝土降温收缩应力：σ（21）＝－E（21）aΔT/1－μC·S(t)R式中：混凝土泊松比μC为0.2；徐变松弛系数S(t)取0.3；混凝土外约束系数R取0.32；则降温收缩应力：σ（21）＝2.05＞0.75ft＝0.75×1.8＝1.35N／㎜结论：混凝土入模后21天温差收缩应力为2.05N／㎜＞0.75ft＝1.35N／㎜，说明养护期间混凝土可能出现裂缝，故应采取措施降低综合温差，控制裂缝出现。规范规定，设计无具体要求时，大体积混凝土内外温差不宜超过25℃。4.温控措施⑴采用斜面分层法施工：本工程基础承台采用3台泵车从东向西浇筑。（见图1）根据混凝土泵送时自然流淌形成坡度的特点采用“斜面分层，薄层覆盖，循序推进，一次到顶”的方法。斜面每层浇筑厚度约500㎜左右，利用层面散热减少每次浇筑长度的蓄热量，防止水化热的积聚，减少温度应力。图1承台混凝土浇筑示意图为确保振捣密实，在坡顶、坡脚、坡中设三道插入式振动棒。（见图2）第一道布置在混凝土出料口，主要解决上部振捣，第二道布置在混凝土坡脚，确保混凝土密实，第三道布置在斜面的中部。在斜面上各振点要严格控制振捣时间，振捣时间15～30s为宜，以砂浆上浮，石子下沉不出气泡为止，插棒间距400～500㎜呈梅花状布置，振动棒振捣时要快插慢拔，要插入下层50～100㎜，每个浇捣点要配一专人振捣，严防漏振和欠振。并要保证上层混凝土覆盖已浇混凝土的时间不得超过混凝土初凝时间，防止出现冷缝。图2振捣示意图⑵采用二次振捣法混凝土终凝前采用二次振捣法，以排除混凝土因泌水在粗骨料及水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，并防止因混凝土沉落而出现的裂缝。减少内部微裂，增加混凝土密实度，提高混凝土抗裂性能。⑶混凝土表面及泌水处理泵送混凝土表面水泥砂浆较厚，混凝土浇至标高后，先用平板振动器捣实，再用3m长刮尺刮平、搓压、整平。初凝前用铁滚筒来回碾压数遍，用木抹子打磨，提高表面密实度，减少塑性收缩变形。初凝后、终凝前再次用木抹子搓平，以闭合收缩裂缝。混凝土在浇筑、振捣过程中出现的泌水和浮浆，主要是以引流为主，将水引至后浇带流入集水坑，再用Φ50潜水泵随时抽到基坑周边的集水坑经沉淀后排入市政管道。⑷埋设冷却水管：混凝土浇筑前在基础厚度中心区域埋设一层水管直径48㎜管距1.0m，7个独立环路的冷却水管，每路管线长度控制在200m以内（见图3）。为使同一管路各部份温度均匀，将通水循环设计成水流方向可变，以削减混凝土早期20％～25％的水化热，使温降收缩减小，减少开裂。图3承台混凝土内埋冷却管平面布置示意图⑸加强混凝土养护为减少混凝土的内外温差，控制混凝土表面裂缝，在混凝土终凝前，二次抹面后立即进行养护。在混凝土表面采用2层不透水、气的塑料薄膜加2层麻袋被进行保湿和控温养护，以提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。并根据测温记录及时掀开或加盖麻袋进行散热或保温，从而控制混凝土的内外温差小于25℃，混凝土降温速率小于3℃/d，以避免出现有害裂缝。混凝土浇捣完毕，由专人保湿保温养护21昼夜。⑹辅助措施：现场搭设保温棚，搭设范围为主楼筏板四边向外延伸3m，保温棚四周用塑料布围挡，天棚均匀挂设50盏碘钨灯备用。根据测温记录，低温期间辅助加热升温，以提高周围环境温度，预防混凝土表面温度骤降引起裂缝。5.底板混凝土温度监测：5.1温度测点布置在承台范围内垂直埋设10根测杆，（编号A～T），每根测杆沿承台厚度均设置5个测点（见图4），同时在混凝土外部设置气温、水温等辅助测点4个，合计54个工作测点。所有测点都通过热电偶补偿导线与设置在测试房的微机数据采集仪相连，监测数据由采集仪处理后自动打印输出。图4测杆测点埋设示意5.2测温监控从混凝土开始浇筑时起，同步进行混凝土温度测试，每天24小时不间断监测，每小时提供一份温度监测报表，当监测数据显示混凝土内表温差接近25℃并有继续上升趋势时及时报警。5.3测温结果与分析混凝土温度变化曲线表明：⑴承台混凝土各部位温度变化趋势均呈抛物线分布，存在一个峰值，浇筑初期温度迅速升高，约65小时后混凝土内部温度达到峰值69.7℃；⑵抛物线下降段较为平缓，降温速率控制在3/d