控制地下室底板大体积混凝土裂缝的技术措施

[提 要] 阐述地下室底板大体积混凝土由于温度应力和干缩应力的作用下，使结构出现裂缝，原因分析，预防措施来确保结构安全度及使用功能。
[关键词] 温度应力、干缩应力、贯穿性裂缝、非贯穿性裂缝。




1裂缝的特征
该裂缝称为内约束裂缝，有走向规则不定，但结构属于梁板体系或较长的结构，裂缝多平行于短边，大体积或大面积结构裂缝常纵横交错。属于收缩性贯穿裂缝，裂缝宽度随着温度变化而变化。另一种属于物体表面与外界气候的温差，引起构件表面急剧收缩，产生表层无规则的浅层裂缝及构件表面与构件的中心温差与收缩产生表面较深层裂缝，但属非贯穿性裂缝。
2危害性
贯穿性裂缝，地下室底板将引起底板漏水，影响结构安全度及使用功能，这种裂缝是致命的。表层产生浅层及深层的温差收缩裂缝，虽然是非贯穿性裂缝，但必须加以处理和补强措施，否则也会影响使用年限。
3原因分析
3.1水泥选用不当，水化热过高
水泥水化热引起温度应力和温度变形而产生裂缝。水泥水化过程中产生大量热量，每克水泥水化放热量约达120cal/g，混凝土内部升温约在300c以上。当混凝土内部与表面温度差大时，就产生温度应力和温度变形，混凝土内部的温度应力与混凝土厚度及水泥用量，品种有关，与混凝土结构尺寸愈大，厚度愈厚，温度应力愈大，引起裂缝的可能性愈大。
3.2混凝土内外约束条件的影响
大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，当结构产生温度变形时，受到地基的限制，而产生外部约束应力，当混凝土升温时，产生膨胀变形约束，中心产生压应力，此时混凝土弹性模量小，徐变和应力松驰度大，使混凝土与地基连接不牢固。当温度下降，中心产生较大拉应力，此时混凝土抗拉强度低于温度产生拉应力时，混凝土将出现垂直裂缝，此裂缝往往是贯穿性裂缝，这是影响到结构安全度和使用功能，是致命的裂缝。当混凝土内部由于水泥水化热而形成结构中心升温高，热膨胀大，中心产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度和钢筋的约束力，同时也会产生深层裂缝，是非贯穿性裂缝也会影响使用年限。
3.3外界气温度化的影响
大体积混凝土在施工阶段，常受到外界气温变化的影响，外界气温越高，浇筑温度也愈高，当气温下降，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土内部的温度梯度，会造成温差与温度应力，使大体积混凝土出现裂缝。
3.4混凝土的收缩变形的影响
（1）混凝土塑性收缩变形发生在混凝土硬化之前，混凝土仍处于塑性状态，它产生主要是上部混凝土的沉降受到钢筋和骨料限制或平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难，这就会形成不规则的深层裂缝，这种裂缝通常是互相平行。
（2）混凝土的体积变形，混凝土在终凝后体积产生变化，有可能产生收缩或膨胀，随之温度变化而变化。
（3）干燥收缩是混凝土中的水份80%要蒸发，20%水份是硬化所需。随着水份蒸发就会出现干燥收缩，表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢，表面收缩应力受到中心收缩应力的约束，表面产生拉应力而出现裂缝。
（4）混凝土匀质性影响，配合比不严格计量，其坍落度，外加剂，骨料粒径不同及振捣密实度不同，造成混凝土的弹性模量不同，形成收缩变形不均匀，导致应力集中而引起裂缝。
（5）结构造型差异显殊，厚度差别较大或留孔，留槽都会产生应力集中而形成裂缝。
4采取对策
（1）降低混凝土中水泥在水化过程中的水化热，减少混凝土在施工过程中由于温差过大产生膨胀与收缩应力。
（2）延长混凝土初凝及终凝时间，因为水泥在水化的总发热量是个常数，延长升温与降温时间，不致于使温度梯度产生峰值，使膨胀与收缩的应力达到最高值，裂缝迅速加大。
（3）合理选用混凝土粗细骨料，水灰比，掺适量微膨胀剂，缓凝剂，使结构产生自应力，来提高混凝土的抗拉能力，减少由于热胀冷缩产生结构裂缝及提高抗渗能力。
（4）在结构设计及计算时，应考虑大体积砼中水泥在水化过程中产生温度应力对结构的不利因素。所以结构的配筋应增加由于温度应力产生附加应力的配筋，或采用钢纤维混凝土，可以大大提高混凝土内部的抗拉强度，这是减少或消除结构裂缝的重要构造措施。
（5）加强混凝土的养护，采取有效表层保温，保湿措施，使外界气温与混凝土表面温差不宜过大，散热过快，并保持足够水份，使混凝土水化与凝固更完善，减少温度梯度，膨胀与收缩更均匀。
5控制措施
（1）减少混凝土中水泥的水化热，应选用低水化热矿渣水泥，其标号不低于425#最好用525#标号，水泥用量少，水化热低，同时在混凝土掺些一级或二级粉煤灰，它是一种活性材料，可以代替部分水泥，减少水泥用量，降低水化热，加强了粉末效应，提高混凝土和易性，减少水灰比，增加混凝土的密实性和提高混凝土抗拉强度，降低混凝土的弹性模量，减少干缩。当每立方米混凝土掺入适当粉煤灰，降低水化热，提高混凝土强度，改善裂缝是行之有效的措施。
（2）混凝土的收缩随之粗细骨料的含泥量增加而增加，随着粗细骨料的粒径加大而减少，石子含泥量必须少1%，砂、用中粗砂、其含泥量应不少于2%，这是减少干缩应力，控制混凝土收缩裂缝的重要措施。
（3）严格控制水灰比，水是影响混凝土收缩主要因素，因混凝土中水份大部分蒸发引起混凝土内部形成很多毛细孔，降低混凝土抗拉强度、收缩变形也同时发生，因此采用减水剂、减少水灰比，改善混凝土和易性，从而提高混凝土的抗拉强度，减少内约束应力产生裂缝。
（4）配制混凝土加入适量缓凝剂、来延长初凝和终凝时间，使混凝土内部升温和降温不出现温度梯度峰值，即是升温最高值，充分发挥混凝土自身强度潜力和材料松驰的特征，使混凝土的抗拉强度大于温差应力，减少裂缝产生。
（5）对浇注混凝土采用有效保湿、保湿的保养措施、在混凝土表面用麻袋或草袋覆盖，并用清水浇湿，尽量减少混凝土表面热扩散快、温差大、降低外界环境与混凝土表面的温差值，减少温差应力对结构的影响。
6工程实践
6.1工程概况
厦门蓝月湾二期1#楼工程地下一层、地上十二层，总高46.95米，全现浇钢筋混凝土框剪结构，主楼与裙楼不设结构缝，其中部设后浇带，地下室总长度53.3米，总宽度29.55米，地下室板厚450m，最厚550mm，混凝土为C35，抗渗S6，底板混凝土总量为2400m3，配主筋 16@200，底层一层向上，上部配 16@200，一层双向，其中部用10垂直梅花拉结筋，将上下层的板筋拉结。底板总用钢量282吨，（不包括增加垂直拉结筋）要求混凝土一次浇筑完成，不允许出现有害裂缝，保证底板的整体性及设计强度和刚度，施工时间2004年6月中旬，室外温度350C施工。
6.2施工过程技术措施
6.2.1选材
水泥选用低热矿渣425#水泥，外加剂采用NF高效减水剂，减水率16.5%，缓凝时间8-10h。粗骨料级配为10—31.5mm，细骨料细度模数要大、采用中砂，粗细骨含泥理低于规范要求。
6.2.2配合比
425#矿渣水泥：水：砂子：石子：NF高效减水剂：粉煤灰=290：170：732：1100：7.16：108
6.2.3温度计算结果
a混凝土内最高温度
根据公式Tc=W.C.Q / Cρ×0.83+FA / 50
=[(290×0.97×335) / （0.97×2400）]×0.83+108 /50=35.760C
b出罐温度：T1=TC—0.16（TC-Td）=270C
c浇筑温度：Tj=Tc+（Tg-Tc）（A1+A2+A3）=36.80C
d砼实际最高温度
Tmax=T1+Tj=35.76+36.8=72.560C
由此可见混凝土表面温度与内部最高温度经计算超过250C,故表面采用麻袋浇水覆盖保温,保湿养护,此举能使混凝土表面与混凝土内部温差在250C以内以及混凝土表面温度与环境温度差也维持在250C以内。
6.2.4商品混凝土供应
延长初凝时间3h，动用4台搅拌车，每小时浇筑25m3，连续日夜浇灌混凝土量600m3，4天完成浇筑任务。分两段同时并进浇筑，循序渐进一次浇筑到顶，拌和车、斜漏斗、斗车、运输道相对固定供料，设专人负责指挥调度，避免供料不均出现施工冷缝。配8台φ50插入式振动棒，配5台平板振动器（包括备用），按顺序振捣密实，特别注意卸料口，底部转角点等易漏振的地方，加强专人监督，严格操作要求，（即插入深度，间距及振动时间。）保证混凝土振捣密实。
6.2.5温度监测
加强混凝土内外温度测试是保证大体积混凝土质量的重要手段。根据温度变化的情况及时采用相应保温，保湿等技术措施，避免由于温差大，而产生对结构有害的裂缝。本工程布置10个测温点，采用传统测温测试方式，坚持24h连续测温，待砼终凝后每2h测一次，8d后测4h测一次，并专人负责记录，整理全部测温资料。经测试10天，表面最高温度68.50C，表面最低温度38.30C，高低平均温差30.20C，混凝土中心最高温度87.30C,最低温度58.70C,平均温差28.50C。
6.2.6试块强度
按规定做12组抗压试块12组均超过C40，最大值48.2MPa，抗渗试块做4组，均达到抗渗S6要求，最大值为0.65MPa抗渗值，该工程由于采取的技术措施和管理措施得当，底板无出现裂缝，取得较好效果。