摘要：本文基于笔者专业知识的应用与实践经验的总结，以建筑筏基大体积混凝土结构为论述对象，通过其裂缝成因的分析，以控制其温度裂缝为论述目的，就此展开技术分析。
关键词：筏板基础；大体积结构；裂缝控制
1.大体积混凝土裂缝成因
1.1温度变化
大体积混凝土浇筑初期，硬化过程中水泥水化热可使混凝土内部温度及其应力发生剧烈变化。混凝土入模温度、水化热的绝热温升以及结构散热降温共同决定了其内部温度，而混凝土表层温度随外界温度变化而改变，外界温度越高，其表层温度表现越高，如遇外界温度下降，便会使其温降幅度增大，尤其是当外界温度发生骤降时，则会使混凝土内表温度梯度明显增加。温差的存在必然性会引起温度应力的产生，二者间呈正比例关系，即温差越大温度应力便越大。混凝土为热的不良导体，尤其是处于高温环境下的大体积混凝土，其散热表现极差，最高时内部温度可达70℃以上，并且会持续较久。
1.2水泥水化热
水泥水化热引起绝热温升，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期按指数关系增长，一般在10~12d接近于最终绝热温升。由于结构物在一个自然散热条件中，实际混凝土内部的最高温度多数发生在混凝土浇筑最初的3~5d。随着混凝土龄期的增长，弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以致产生很大的拉应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种应力时，开始出现温度裂缝。实践表明：单位体积混凝土水泥用量每增加10Kg，其内部温度便会升高1℃，对应（内部）膨胀则会增大0.01mm。
1.3混凝土收缩
作为一种脆性材料，混凝土以抗压强度表现为主，其抗拉强度约为抗压强度的1/20~1/10，抗拉短期加载与长期加载时的极限拉伸变形分别只有（0.6~1.0）×10-1和（1.2~2.0）×10-4。具体施工过程中，混合物用水越少则出现裂缝的机率越小，混合物用水越多则出现裂缝的机率越大，对于大体积结构而言，混凝土浇筑厚度的增大势必会使浮浆增多，故此通过混合物中粗、细骨料含水率的严格控制，同时借助于计算机软件的应用，实施水胶比的自动调整，以此实现用水量的有效控制。由于水化反应过程中混凝土以收缩变形为主，膨胀变形极小，因此施工过程中对混凝土因收缩所造成的温度应力应引起足够的重视。
2.大体积混凝土温度应力分析
2.1浇筑初期
该阶段混凝土温度场变化较快且随着时间的推移其弹性模量呈增长趋势，此时混凝土因内部大热量的产生所引起的应力称为早期应力，该阶段开始于混凝土浇筑，终止于水泥水化反应结束，一般持续时间约为30d。混凝土浇筑初期（早期）为升温阶段，此时其内部温度持续上升，如若外部温度较低，在热胀冷缩作用下，则会造成混凝土表面出现开裂。需要注意的是，混凝土初期开裂易被误认为是其表面泌水、养护不当造成的龟裂现象，而实际上这种开裂要深于龟裂很多。
2.2浇筑中期
混凝土浇筑中期，其自身温度因与外界热量交换而逐渐下降，由此产生的应力称为中期应力，并且与早期温度残余应力相叠加，该阶段开始于混凝土水化热释放结束，终止于结构温度场稳定，此时混凝土弹性模量无较大变化。中期通常为混凝土浇筑后3~4d（硬化后期），此时核心混凝土呈降温状态，并且混凝土体积随着温度的降低而逐渐缩小，自水化热释放结束至温度冷却稳定，此时混凝土冷却以及外界温度变化为造成温度应力产生的主要因素，并在与早期残余应力叠加后共同作用使混凝土产生裂缝。
2.3浇筑晚期
此时混凝土温度应力主要因外界环境影响而产生，并与前期残余应力叠加后共同形成后期温度应力，该阶段开始于混凝土温度下降至稳定，终止于构件使用寿命结束，此时混凝土弹性模量呈稳定状态。后期主要为混凝土冷却完全后的运营时期，此时如若内外温差较大，一旦内部出现降温，而外部降温相对较小，便会有较大拉应力形成于核心混凝土中，进而演化为拉裂缝。
3.大体积混凝土防裂对策
3.1设计控制（合理配筋）
大体积结构钢筋的合理配置可在一定程度上约束混凝土的塑性变形，同时也可对其极限拉伸起到提升。实践表明：对大体积混凝土结构而言，构造钢筋对其约束无抵抗作用，对贯穿性裂缝的控制效果甚微，但在结构表面配置钢筋网片可使混凝土抗表层降温影响与抗干缩性能得到明显提升，故此大体积混凝土裂缝防治应以温度筋的增配为设计思想。具体布置如下：
（1）钢筋类型的选择。相比于光圆钢筋，带肋钢筋与混凝土拥有更大的粘结力，对温度裂缝的控制可因混凝土塑性变形的有效约束而得以实现，因此筏基大体积混凝土结构设计过程中温度钢筋应以带肋钢筋为首要选择。
（2）钢筋直径与间距。对于混凝土结构配筋后极限拉伸εpa（体现混凝土的抗裂性能），具体可参考经验公式3-1进行计算：
配筋后的混凝土极限拉伸εpa计算公式为
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（式3-1）
式中：Rf为混凝土设计抗裂强度，MPa；p为截面配筋率；d钢筋直径，mm。
分析上式可知，当混凝土抗裂强度与截面配筋率固定不变时，所用钢筋直径越小则对混凝土极限拉伸提升越大，故而对结构抗裂性能的提升通过细钢筋、小间距的布置方式便可实现，其全截面配筋率一般为0.3~0.5%，具体可根据设计计算来确定，而根据经验可采用Ф8~16@100~200的防裂钢筋网片。
3.2施工控制
由于筏基大体积混凝土施工过程复杂，裂缝影响因素众多，故而防裂措施也表现出多元化形式，大的方向可从混凝土原材、搅拌工艺、浇筑方式为主要控制，鉴于现实情况的考虑，本文以浇筑方式中“二次振捣”为论述对象进行分析。
混凝土二次振捣可使结构内部因泌水而存在的空隙与水分排除干净，进而提升混凝土与钢筋的粘结效果，增加其密实度（可提升抗压强度10~20%），避免混凝土因沉落而形成裂缝，从而使其抗裂性能表现更好。
对于混凝土二次振捣时间的控制，一般是在其未初凝且未达到振动界限之前实施，此时混凝土振捣完成后还可恢复塑性状态。混凝土二次振捣恰当时间通常可按下述两种办法确定：
（1）混凝土在振动棒逐渐拔出后可自行闭合，无孔洞留下，此时则可实施二次振捣。实践表明：混凝土二次振捣时间应在其初凝前1～4h内实施，特别以初凝前1h实施效果最为理想。
（2）利用贯入阻力值的测定来对二次振捣恰当时间进行判定（该方法在国外较为常用），当实测标准贯入阻力值小于350N/cm2时，此时则可认为二次振捣不会对已成型混凝土造成损伤。
3.3养护控制
混凝土养护应在浇筑完成12h内实施，通常以覆盖洒水养护为主，其目的在于：①为混凝土早期水化反应提供必要的水分；②保持结构表面混凝土湿润，防止其因失水过快而开裂。混凝土内表温差控制作为大体积结构温裂控制的主要途径，其一般规定应≤25℃（具体应通过对温度梯度与结构尺寸的综合分析而定），同时内部核心温度最高不能大于60℃，满足该条件则可认为大体积混凝土结构不会因温度应力（由内表温差引起）而产生裂缝。鉴于此，对于大体积混凝土内表温差的控制，本文建议从结构内外同时着手：①混凝土浇筑前于结构内部预埋降温管，浇筑完成后通水循环降低内部温度；②采取措施合理提升结构表面温度，根据大体积混凝土方案做好大体积温控记录。由于浇筑完成的混凝土在前2天中因水化反应集中而升温较快，因此降温管可通冷却水进行内部降温，而所循环出来的热水可用于外部喷洒覆盖养护，以此可显著减小混凝土结构的内表温差，进而实现温度裂缝的有效抑制。
结语
综上所述，建筑筏基大体积混凝土裂缝防治为一项动态化控制任务，其过程只有结合设计与规范标准化施工，方能实现结构性能与使用寿命的有效提升。
参考文献：
[1]王东.某高层建筑大体积混凝土施工[J].山西建筑，2011，（13）.
[2]张涛.大体积混凝土温度裂缝控制技术研究[J].山西建筑，2013（20）.
[3]王晗.筏板基础大体积混凝土施工裂缝控制研究[D].大连:大连理工大学土木工程学院，2013．
论文作者:郑永峰1,杨杰2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签：混凝土论文; 温度论文; 体积论文; 应力论文; 裂缝论文; 水化论文; 钢筋论文; 《基层建设》2018年第31期论文;