基础大体积砼裂缝的控制

摘要:基础大体积混凝土裂缝控制是建筑施工的一个难题,文章结合某商住楼工程基础混凝土浇筑工程实践,从原材料、混凝土配合比设计、设计计算、结构构造和施工养护措施等多方面对其进行探讨,同时提出一些经得过实践检验,行之有效的裂缝控制措施。

关键词:基础大体积混凝土;裂缝控制

中图分类号:TU755 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)10-0125-03

1工程概况

厦门某工程总建筑面积102041 m2,地上建筑面积66651.43 m2,地下室建筑面积为35389 m2,三层地下室。片筏基础为抗渗砼C35P10,由1#楼50层,2#楼30层、3#楼30层、5#楼33层共4幢住宅楼组成。基础采用筏板基础,根据上部结构不同,基础板最厚为3000 mm,基底标高-13.65 m～-15.750 m不等。本工程基础砼属大体积砼,基础按后浇带分为4个区,砼总工程量约11980m3,1区最大砼量为4714 m3。浇筑时大气温度为15°~28°,为确保混凝土工程质量,严格控制超规范裂缝出现,我们采用综合控温防裂措施,取得较为理想的效果。

2主要控温防裂技术措施

2.1严格控制原材料质量

浇筑前所有原材料均按有关规范抽检其质量指标。浇筑过程中,由施工、监理单位不定期抽检商品混凝土搅拌站所用原材料质量,发现问题及时纠正。

2.2按低热混凝土确定配合比

该工程设计用42.5R普通硅酸盐水泥配制C35混凝土,在配合比设计中按最小水泥用量来配制混凝土。

①配合比(表1)。

②水泥水化热:q=334kJ/kg。

③混凝土计算容重:配合比各组成材料之和为2402.2=2402 kg/m3。

2.3采用补偿收缩混凝土技术

①外加剂。本工程筏板砼体积大,水化热较高,采用TK-2缓凝型聚羧酸高效减水剂,由聚羧酸减水剂母液、缓凝剂等复合而成,其掺量由实验确定为2.16%。同时使现场砼初凝时间推迟到10～12 h,可推迟大体积砼水化热峰值出现龄期,一般推迟1～2 d,可有效减小大体积砼内外温差。

②防水剂。采用高效抗渗防水剂UEA-E型,加入砼中能提高砼抗裂抗渗防水性能,对砼收缩有一定的补偿作用,提高砼的抗裂性能,掺量由实验确定为6%。搅拌时间比普通砼延长30～60 s,在砼浇灌终凝后2 h开始浇水养护。

2.4进行混凝土水化热温度计算

①在大体积砼施工前,根据基础砼的配合比及水泥水化热的测定报告,必须进行砼的温度变化,温度应力及收缩应力变化的估算,以确定养护措施、分层厚度、浇筑温度等施工措施,并制定温控施工的相应的技术措施。本工程1区厚度为3000,选1区作为砼温控计算,其他区段砼量较少,底板厚度较小,在采取1区同样的裂缝控制技术措施都能达到要求。

混凝土比热。

Cb=(186*0.20+160*1.00+766*0.17+1100*0.18+4.20*0.98+120*0.20+60*0.20)/2402=0.2359kCal/kg℃=0.986 kJ/kg.K。

混凝土拌合物温度。

To=(186*0.20*68+160*1.00*28+766*0.17*30+1100*0.18*32+4.20*0.98*28+120*0.20*28+66*0.20*80)/ (2400*0.2359)=33.7℃。

混凝土内部最高温度。

混凝土的最终绝热温升:Th=((186+(120+66)/2)*334)/(0.986*2402)=39.3℃。基础混凝土处于一维散热状态,影响系数取0.85,则温升为:Te=39.3 *0.85=33.4℃。砼中心部位温度:Tm= To+Te=33.7+33.4=67.1℃。

混凝土内外最大温差。

ΔT=67.1-28=39.1℃(取气温为28℃)。

从以上计算得知:在目前正常气候环境下,混凝土内外最大温差ΔT>25℃。故本工程部位的混凝土浇注施工尚需采取适当的保温保湿养护措施,覆盖于混凝土表面,保证混凝土表面与中心及外界环境的温差小于25℃。

保温材料厚度。保温材料厚度δ=0.5*h*λ*K(Ta-Tb)/λ1(Tm-Ta)。

式中,Ta为砼与保温材料接触面温度;Tb为平均气温,取28℃;Tm为混凝土中心最高温度;λ为麻袋保温传热系数,取0.14 w/mk;λ1为混凝土导热系数,取2.33w/mk;K为传热系数修正值,取1.3;H为砼有效厚度。

为了避免因内外温差而产生砼裂缝,则应控制混凝土与保温材料接触温度:Ta=Tm-25=67.1-25=42.1℃。

按最大底板厚为3.0 m计算。δ=0.5*1.5*0.14*1.3(42.1-28)/2.33(67.1-42.1)=0.033 m=33 mm

正常情况下,此时在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜,上面盖三层湿麻袋予以保温,即可达到防止温度应力产生的裂缝要求。

②砼的温度收缩应力计算及抗裂安全度验算。以基础厚度3000 mm为例,泵送砼坍落度为12 cm,砼水化热绝热温升值高达60℃。施工中必须采取有效措施预防结构裂缝产生,即由平均降温差和收缩差引起过大温度收缩应力造成的贯穿性或深进裂缝。围绕有害裂缝产生的根源,下面就砼因外约束引起的温度及温度(包括收缩)应力进行计算分析。

砼各龄期收缩变形值计算。

εy(t)=εy0(1-e-0.01t)*M1*M2*…*M10

式中,εy(t)为各龄期砼的收缩变形值;εy0为标准状态下的砼最终收缩值,3.24*10-4;t为从砼浇筑后至计算时的天数;e为常数2.718;M1、M2、…M10:各种非标准条件的修正系数。

查表得:M1=1.0,M2=1.35,M3、M5、M8、M9为1,M4=1.21,M7=0.7,M10=0.95,M6=1.11(1d)、1.09(3d)、1.0(7d)、0.93(15d) ,M10=0.9

则有:M1M2M3M4M5M7M8M9M10=110*1.35*1.21*0.7*0.9=1.14

3d收缩变形值:εy(3)=εy0*(1-e-0..03)*1.14*M6 =3.24*10-4*(1-e-0..03)*1.14*1.09=0.12*10-4

7d收缩变形值:εy(7)=εy0*(1-e-0..07)*1.14*M6=3.24*10-4*(1-e-0..07)*1.14*1.0=0.25*10-4

15d收缩变形值:εy(15)=εy0*(1-e-0.15)*1.14*M6 =3.24*10-4*(1-e-0..15)*1.14*0.93=0.48*10-4

砼收缩变形换算成当量温差。

3d T(y)(3)=-εy(3)/α=(-0.12*10-4)/(1.0*10-5)=-1.2℃

7d T(y)(7)=-εy(7)/α=(-0.25*10-4)/(1.0*10-5)=-2.5℃

15d T(y)(15)=-εy(15)/α=(-0.48*10-4)/(1.0*10-5)=-4.8℃

各龄期砼模量计算。

E(t)=Ec*(1-e-0..09t)

3d龄期 E(3)=3.0*104*(1-e-0..09*3)=7.455*103N/mm2

7d龄期 E(7)=3.0*104*(1-e-0..09*7)=1.47*104N/mm2

15d龄期 E(15)=3.0*104*(1-e-0..09*15)=2.33*104N/mm2

砼的温度收缩应力计算。

大体积砼裂缝主要是由平均降温差和收缩差引起过大的温度收缩应力而造成,外约束应力简化计算公式:

σx(t)=·△T·H(t)·R(t),ΔT= To+2/3T(t)+Ty(t)-Th

式中,σx(t)为砼因综合降温差,在外约束条件下产生的温度(包括收缩)拉应力(N/mm2);E(t) 为龄期为t时,砼的弹性模量(N/mm2);α为砼的线膨胀系数,取10×10-6(1/℃);△T(t)为计算区段内砼浇筑块体综合降温差(℃);μ为砼的泊松比,取0.15;H(t)为考虑砼徐变影响的松驰系数;R(t)为砼的外约束系数,取值为0.35; To为砼的入模温度温Th:砼浇筑完达到的稳定温度,平均气温,按21℃考虑;T(t)为砼浇筑一段时间t,砼的绝热温升值;Ty(t)为砼的收缩当量温差。

浇筑厚度为3000砼收缩应力计算。砼强度换算f (n)=f (28)*lgn/lg28,砼抗拉强度ft=0.23*f2/3cu对于C35砼f (28)=17.5 N/mm2

3d龄期温度收缩应力计算:

f (3)=f (28)*lg3/lg28=17.5* lg3/lg28=5.78 N/mm2

ft=0.23f2/3(3)=0.23*5.782/3=0.74 N/mm2

H(t)=0.57,R=0.35,V=0.15

ΔT= To+2/3T(t)+Ty(t)-Th=23.3+2/3*31+1.2-21=24.3 ℃

σ=-(7.455*103*10*10-6*24.3*0.57*0.35)/(1-0.15)

=0.425 N/mm2<(0.74/1.15)=0.64 N/mm2,满足要求,1.15为抗裂安全度。

7d龄期温度收缩应力计算:

f (7)=f (28)*lg7/lg28=17.5* lg7/lg28=10.22 N/mm2

ft=0.23f2/3(7)=0.23*10.222/3=1.09 N/mm2

H(t)=0.502,R=0.35,V=0.15

ΔT= 23.3+2/3*46.2+2.5-21=35.8 ℃

σ=-(1.47*104*10*10-6*35.8*0.502*0.35)/(1-0.15)

=1.09 N/mm2

抗裂安全系数:K=1.09/1.09=1<1.15,可能出现裂缝。

由计算知,基础在露天养护时砼将可能出现裂缝,在此期间砼表面应采取加强养护保温保湿措施,使养护温度Th加大;从各方面减小综合温差ΔT,使计算的σ(15)值小于1.09/1.15=0.95 N/mm2,便可控制不出现裂缝。

7d时能满足上述条件的Th值应为:

0.95=×1.47×104×(23.3+×46.2+2.5-Th)×0.502×0.35 求得:Th=25.6℃

即:用保温来创造一个暂时能满足不使砼表面因温差产生的拉应力大于砼抗拉强度值的温度环境,该环境的温度为Th=25.6℃时,便可防止裂缝的产生。采用2层薄膜上加盖3层湿麻袋。

2.5增设构造钢筋防裂抗裂

在混凝土中部1.5米处增设双向φ12@200温度钢筋,增强混凝土的抗裂,该底板周长很大,其收缩值将十分明显,因此仅靠混凝土本身抗裂是不够的。实践证明在构造上适当增加防裂抗裂钢筋,对防止裂缝的出现起到了不可忽视的作用。

2.6采取严格的养护措施

该工程采用了3项养护措施:混凝土表面收光后立即覆盖两层塑料薄膜,以防止早期失水出现塑性裂缝;根据测温结果,适时在塑料薄膜上覆盖2～3层湿麻袋保温;在塑料薄膜下适时补水,以保证水泥和膨胀剂发挥补偿收缩作用的充分条件。

3施工中重点注意的问题

3.1测温点布置

测温点布置的原则应使不同施工区段、不同标高处的混凝土温升均能得到监控。该基础混凝土的施工方案为自南向北一次连续浇筑,混凝土的初凝时间控制在8～10 h,采用2台混凝土泵自北向南全断面推进,混凝土采用分层浇筑,每层厚度控制在40~60 cm。

该工程测温点布置采用“口”型布置,总计17个测温点,在混凝土断面上布置3～5个温度传感器,即1.5 m厚处为3个温度传感器,2.7 m厚处为5个温度传感器,保证不同施工区段、不同标高处的混凝土温升均可在显示屏上得到反映,从而及时指导温控工作。

3.2混凝土内部的最高温升

影响混凝土内部最高温升的主要因素为:混凝土配合比中的水泥强度等级、品种和水泥用量;混凝土入模温度;混凝土厚度等。

以两个具有代表性的点测其温度:A点靠基础南侧(1.5 m厚)一个点;B点为基础中心面层(0.05 m厚)上一个点。浇筑该基础南侧(A点)时的气温为28℃,混凝土入模温度为23℃。混凝土浇筑顺序为从南向北连续浇筑,A点附近的混凝土最先完成浇筑。混凝土浇筑完第3天,A点中心最高温度达到67.7℃,B点0.05 m厚处最高温度为41.2℃。温差为27.5℃,比理论计算值略高。

3.3关于混凝土温差控制

大体积混凝土裂缝防治的关键在于控制混凝土温差小于25℃,最大不得超过30℃。该基础1.5 m厚A点处混凝土浇筑后26 h～36 h期间,混凝土中心与表面温差一度达到28.6℃,测温结束后检查该处混凝土未发现裂缝。但在混凝土降温阶段,温差必须控制在25℃以内,而且降温速率不能过快,否则很容易引发温度收缩裂缝。该基础1.5m厚处降温速率平均为1.5℃/d,2.7vm厚处降温速率平均为1.38℃/d。实践表明,养护温度越高,掺用活性矿物掺合料的结构内部混凝土强度越高。因此,该基础C35混凝土14天强度达到标准强度的80%,由温差引起的收缩应力远小于该龄期混凝土的抗拉强度,所以没有出现温度裂缝。

4结语

该基础采用“双掺”的补偿收缩混凝土,增设了水平抗裂钢筋,从材料和构造角度提高了混凝土抗裂能力。同时采用分层浇筑,一次连续完成4714m3混凝土的整体浇筑施工。在施工和养护期间,对全场混凝土进行了温度测控。混凝土拆模后,侧面平整光滑,表面未出现任何有害裂缝。该基础混凝土施工实践证明:①选用中低热的水泥品种:本工程采用普通硅酸盐水泥。②采用双掺技术和60d龄期强度验收,掺入粉煤灰和缓凝型减水剂,可减少水泥用量,从而达到降低水化热的目的。③进行混凝土水化热的计算,确定采取什么措施来减小混凝土中部与表面的温差;④增设抗裂构造钢筋,可有效减少混凝土表面裂缝;⑤在满足砼强度下,骨料尽量选用较大粒径,碎石为5～31.5连续级配;⑥混凝土施工采用分层浇筑,可延长水泥水化放热时间,减缓混凝土降温速率,减小温度应力,有利于控制混凝土内部收缩裂缝;⑦混凝土表面及时充分补水养护是充分发挥外加剂效能防止超规范裂缝出现的重要条件。

参考文献:

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