论文部分内容阅读
摘要：高层建筑大体积混凝土基础的条件比较复杂，施工情况各异，因此控制温度变形裂缝不是单纯的结构理论问题，而是牵扯涉及结构计算，结构设计，材料组成等多个学科的综合性问题。因此，应该从结构设计，原材料的选择，施工技术等多个方面进行考虑，并且采取一系列科学的综合性措施，才能够有效地控制或者克服大体积混凝土的温度裂缝。
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；问题与对策
中图分类号：TU37文献标识码： A
引言
作为高层建筑或者是超高层建筑的基础，不论是采用筏型基础，箱型基础，还是桩式复合基础，都有较厚的钢筋混凝土底板，属于大体积混凝土结构。这种大体积混凝土结构表面系数小，混凝土强度等级高，单位体积水泥用量大，整体性要求高，其施工技术和施工组织都比一般混凝土结构复杂。由于大体积混凝土结构的截面尺寸较大，所以由外荷栽引起裂缝的可能性很小，但是水泥在水化反应的过程中释放出来的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，这个已经成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要原因。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，如何控制温度应力和温度变形裂缝的开展，一直是大体积混凝土施工中的一个重要问题。解决大体积混凝土基础施工问题。主要就是要防治温度裂缝的产生或者把裂缝控制在某个界限之内。
一、混凝土温度裂缝产生原因分析
大体积混凝土表面或温差变化较大区域的混凝土易产生温度裂缝。在混凝土浇筑后的硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热。椐有关资料介绍，当混凝土水泥用量在350～550 kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量，使混凝土内部温度上升至约70℃。由于大体积混凝土内部大量聚积不易散发的水化热，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，由此内外就形成的较大温差，造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力高于混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多在混凝土施工的中后期产生。在混凝土施工过程中当温差变化较大，或者环境温度突然降低，混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。通常大体积混凝土裂缝有表面裂缝、收缩裂缝，收缩裂缝按其成因又可分为凝缩、自生收缩、冷缩、干缩等。因此，高层建筑大体积混凝土施工裂缝控制措施必须提前制定合理的预防与治理措施，对于温度裂缝控制措施，如对水泥水化计算不准、现场混凝土降温及保温措施不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土都会产生温度裂缝，必须高度重视。
二、高层建筑大体积混凝土温度裂缝控制的设计措施
1、配筋控制裂缝
大体积的混凝土基础除了要满足构造基本要求和承载力要求之外，还要考虑到水泥水热化所引起的温度应力，为此就要增加配置构造钢筋来控制裂缝的出现，在配筋的选择上，应尽可能地选用直径和间距较小的结构。较为合理的选择是8~14 mm直径的钢筋和100~150 mm的间距，对于全截面的配筋率，选择范围应为0.3%~0.5%之间，最低不能低于0.3%的配筋率。另外，在转角和孔洞处要格外增加设置构造加强筋，以避免结构突变而带来的应力集中现象。
2、控制强度等级
选择大体积混凝土的强度等级，最为适宜的是要控制在C20~C35范围之内，利用后期强度R60。伴随着我国经济的高速发展，高层以及超高层建筑物不断的涌现出来，随着而来的造成了大体积混凝土在强度等级上也不断的升高，甚至出现了C40~C55等高强混凝土，导致设计强度过高。如此高的设计强度，必然会带来混凝土的水热化过高，水泥用量过大，在混凝土的块体内温度过高，在温差方面，混凝土内部温度过高，使得内外温差超过了30℃以上，过大的温差产生的温度应力一旦超过了混凝土本身的抗拉强度，就会容易产生开裂。
在设计施工时，对于竖向受力结构可以采用高强度的混凝土来有效地减小截面，对于大体积的混凝土底板则要满足抗弯和抗冲切的计算要求，同时采用C20~C35的混凝土，以此来避免出现“强度越高越好”的错误设计理念。针对较长建筑周期的特殊特征，在满足了有足够的强度和使用要求的基本前提之下，充分地利用混凝土的60 d或90 d的后期强度，来减少混凝土当中的水泥用量，同时降低混凝土在浇筑过程中块体温度的升高。
3、控制温差
在高层建筑的施工设计中，对于大块式和其他的箱式与筏式基础不能够采用永久的变形缝的设置，也应尽量地避免竖向施工缝的设计。为了控制施工期间的温差和较大的收缩应力，应采用“跳仓打”和“后浇缝”的设计方式。
4、预防为主
高层建筑大体积混凝土工程在施工之前，应提前验算大体积混凝土在施工过程中浇筑块体的温度变化、收缩力度和温度应力的变化，将施工阶段所造成的大体积混凝土浇筑块体的内外温差和升温峰值的温度规定在30℃以内；并制定出来降温速度的控制指标及温控施工的相关技术措施。在设计过程中，要引入预防观念，即在设计的阶段就应该考虑到可能会出现的漏水造成的内排水措施，并给出在施工之后出现漏水问题所运用的可靠的堵漏方法。
三、高层建筑大体积混凝土裂缝控制研究
1、控制温度
控制温度是保证大体积混凝土不出现裂缝的重要措施。对于温度的控制包括混凝土的配合比、材料的选择、浇筑时的温度方法和厚度；对于原材聊得冷却以及后期所采取的养护手段等等。这几个因素相互影响，其中尤其以混凝土的后期养护方法最为重要。做好大体积混凝土的养护工作，最主要的方式就是人工来控制温度，以减少干缩的需要和增长强度，防止由于温度引起的变形而导致结构裂缝。在进行温度控制时，一定要严格遵守科学的温度控制措施，采用温度应力和温度控制双重方法，以最大限度地避免混凝土裂縫。
2、改善约束条件
大体积混凝土产生裂缝的主要因素就是受到了内外两种约束。对于外部约束来讲，减少约束的主要方法就是合理地进行分块，设置施工缝、伸缩缝和后浇带，减少可缩小约束范围，从而减轻约束作用，；同时设置滑动层，在此层面上允许块体自由变形，避免其开裂。对于内部因素来讲，解决约束的主要方法就是加强温度保护，减少内外温差、降温速率以及保证湿度。常用的暖棚法、覆盖法和蓄水法是最主要的保温法。
3、掺加外加剂
选择合适的外加剂，不仅能够满足现场对于硅坍落度的要求，还能够减少水泥用量减小水热化程度，有效地避免开裂。对水泥颗粒有着一定分散效应的表面活性剂木质素磺酸钙，其主要成分为阴离子，能够降低水表面的张力，从而降低加气作用。在施工过程中，掺入相当于水泥重量0.25%的木钙减水剂，能够明显地改善混凝土和水泥易性，还能够节约10%左右的水泥，减少10%左右的拌合水，从根本上降低了水泥的水热化。最新发明的UEA、AEA减低收缩剂，掺入到水泥当中能够使硅空隙中的水分降低其表面张力，从而减少收缩达40%~60%，起到控制收缩防止裂缝的最终目的。
结束语
大体积混凝土刚度较大，一般没有强度的问题，但由于它往往属于地下隐蔽工程，裂缝的存在将严重影响其正常使用，其中温度裂缝是施工过程中产生的主要裂缝。本文对大体积混凝土温度裂缝的控制问题进行了探讨，取得了较好的效果。 对于应用日益广泛的大体积混凝土工程，需要不断总结经验，完善技术措施，使大体积混凝土的施工在走上成熟和规范化的道路。
参考文献
[1]俞静.高层建筑基础大体积混凝土温度与温度裂缝研究[J].武汉理工大学学报，2003．
[2]张宁.高层建筑底板大体积混凝土温度裂缝控制[J].水泥与混凝土，2010．
[3]马燕.高层建筑大体积混凝土裂缝的预防[J].淮南职业技术学院学报，2008．
[4]陈隽峰.高层建筑超厚底板大体积混凝土施工技术[J].重庆大学学报，2003．
[5]方敬浩.高层建筑混凝土工程施工技术探析[J].工程管理，2009．
关键词：大体积混凝土；温度裂缝；问题与对策
中图分类号：TU37文献标识码： A
引言
作为高层建筑或者是超高层建筑的基础，不论是采用筏型基础，箱型基础，还是桩式复合基础，都有较厚的钢筋混凝土底板，属于大体积混凝土结构。这种大体积混凝土结构表面系数小，混凝土强度等级高，单位体积水泥用量大，整体性要求高，其施工技术和施工组织都比一般混凝土结构复杂。由于大体积混凝土结构的截面尺寸较大，所以由外荷栽引起裂缝的可能性很小，但是水泥在水化反应的过程中释放出来的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，这个已经成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要原因。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，如何控制温度应力和温度变形裂缝的开展，一直是大体积混凝土施工中的一个重要问题。解决大体积混凝土基础施工问题。主要就是要防治温度裂缝的产生或者把裂缝控制在某个界限之内。
一、混凝土温度裂缝产生原因分析
大体积混凝土表面或温差变化较大区域的混凝土易产生温度裂缝。在混凝土浇筑后的硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热。椐有关资料介绍，当混凝土水泥用量在350～550 kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量，使混凝土内部温度上升至约70℃。由于大体积混凝土内部大量聚积不易散发的水化热，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，由此内外就形成的较大温差，造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力高于混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多在混凝土施工的中后期产生。在混凝土施工过程中当温差变化较大，或者环境温度突然降低，混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。通常大体积混凝土裂缝有表面裂缝、收缩裂缝，收缩裂缝按其成因又可分为凝缩、自生收缩、冷缩、干缩等。因此，高层建筑大体积混凝土施工裂缝控制措施必须提前制定合理的预防与治理措施，对于温度裂缝控制措施，如对水泥水化计算不准、现场混凝土降温及保温措施不到位，引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土都会产生温度裂缝，必须高度重视。
二、高层建筑大体积混凝土温度裂缝控制的设计措施
1、配筋控制裂缝
大体积的混凝土基础除了要满足构造基本要求和承载力要求之外，还要考虑到水泥水热化所引起的温度应力，为此就要增加配置构造钢筋来控制裂缝的出现，在配筋的选择上，应尽可能地选用直径和间距较小的结构。较为合理的选择是8~14 mm直径的钢筋和100~150 mm的间距，对于全截面的配筋率，选择范围应为0.3%~0.5%之间，最低不能低于0.3%的配筋率。另外，在转角和孔洞处要格外增加设置构造加强筋，以避免结构突变而带来的应力集中现象。
2、控制强度等级
选择大体积混凝土的强度等级，最为适宜的是要控制在C20~C35范围之内，利用后期强度R60。伴随着我国经济的高速发展，高层以及超高层建筑物不断的涌现出来，随着而来的造成了大体积混凝土在强度等级上也不断的升高，甚至出现了C40~C55等高强混凝土，导致设计强度过高。如此高的设计强度，必然会带来混凝土的水热化过高，水泥用量过大，在混凝土的块体内温度过高，在温差方面，混凝土内部温度过高，使得内外温差超过了30℃以上，过大的温差产生的温度应力一旦超过了混凝土本身的抗拉强度，就会容易产生开裂。
在设计施工时，对于竖向受力结构可以采用高强度的混凝土来有效地减小截面，对于大体积的混凝土底板则要满足抗弯和抗冲切的计算要求，同时采用C20~C35的混凝土，以此来避免出现“强度越高越好”的错误设计理念。针对较长建筑周期的特殊特征，在满足了有足够的强度和使用要求的基本前提之下，充分地利用混凝土的60 d或90 d的后期强度，来减少混凝土当中的水泥用量，同时降低混凝土在浇筑过程中块体温度的升高。
3、控制温差
在高层建筑的施工设计中，对于大块式和其他的箱式与筏式基础不能够采用永久的变形缝的设置，也应尽量地避免竖向施工缝的设计。为了控制施工期间的温差和较大的收缩应力，应采用“跳仓打”和“后浇缝”的设计方式。
4、预防为主
高层建筑大体积混凝土工程在施工之前，应提前验算大体积混凝土在施工过程中浇筑块体的温度变化、收缩力度和温度应力的变化，将施工阶段所造成的大体积混凝土浇筑块体的内外温差和升温峰值的温度规定在30℃以内；并制定出来降温速度的控制指标及温控施工的相关技术措施。在设计过程中，要引入预防观念，即在设计的阶段就应该考虑到可能会出现的漏水造成的内排水措施，并给出在施工之后出现漏水问题所运用的可靠的堵漏方法。
三、高层建筑大体积混凝土裂缝控制研究
1、控制温度
控制温度是保证大体积混凝土不出现裂缝的重要措施。对于温度的控制包括混凝土的配合比、材料的选择、浇筑时的温度方法和厚度；对于原材聊得冷却以及后期所采取的养护手段等等。这几个因素相互影响，其中尤其以混凝土的后期养护方法最为重要。做好大体积混凝土的养护工作，最主要的方式就是人工来控制温度，以减少干缩的需要和增长强度，防止由于温度引起的变形而导致结构裂缝。在进行温度控制时，一定要严格遵守科学的温度控制措施，采用温度应力和温度控制双重方法，以最大限度地避免混凝土裂縫。
2、改善约束条件
大体积混凝土产生裂缝的主要因素就是受到了内外两种约束。对于外部约束来讲，减少约束的主要方法就是合理地进行分块，设置施工缝、伸缩缝和后浇带，减少可缩小约束范围，从而减轻约束作用，；同时设置滑动层，在此层面上允许块体自由变形，避免其开裂。对于内部因素来讲，解决约束的主要方法就是加强温度保护，减少内外温差、降温速率以及保证湿度。常用的暖棚法、覆盖法和蓄水法是最主要的保温法。
3、掺加外加剂
选择合适的外加剂，不仅能够满足现场对于硅坍落度的要求，还能够减少水泥用量减小水热化程度，有效地避免开裂。对水泥颗粒有着一定分散效应的表面活性剂木质素磺酸钙，其主要成分为阴离子，能够降低水表面的张力，从而降低加气作用。在施工过程中，掺入相当于水泥重量0.25%的木钙减水剂，能够明显地改善混凝土和水泥易性，还能够节约10%左右的水泥，减少10%左右的拌合水，从根本上降低了水泥的水热化。最新发明的UEA、AEA减低收缩剂，掺入到水泥当中能够使硅空隙中的水分降低其表面张力，从而减少收缩达40%~60%，起到控制收缩防止裂缝的最终目的。
结束语
大体积混凝土刚度较大，一般没有强度的问题，但由于它往往属于地下隐蔽工程，裂缝的存在将严重影响其正常使用，其中温度裂缝是施工过程中产生的主要裂缝。本文对大体积混凝土温度裂缝的控制问题进行了探讨，取得了较好的效果。 对于应用日益广泛的大体积混凝土工程，需要不断总结经验，完善技术措施，使大体积混凝土的施工在走上成熟和规范化的道路。
参考文献
[1]俞静.高层建筑基础大体积混凝土温度与温度裂缝研究[J].武汉理工大学学报，2003．
[2]张宁.高层建筑底板大体积混凝土温度裂缝控制[J].水泥与混凝土，2010．
[3]马燕.高层建筑大体积混凝土裂缝的预防[J].淮南职业技术学院学报，2008．
[4]陈隽峰.高层建筑超厚底板大体积混凝土施工技术[J].重庆大学学报，2003．
[5]方敬浩.高层建筑混凝土工程施工技术探析[J].工程管理，2009．