2011年巖土工程師考試專業(yè)案例分析(2)

　　樓基礎(chǔ)底板裂縫的分析和處理$lesson$

　　摘要：本文針對工程混凝土基礎(chǔ)底板在澆筑后出現(xiàn)裂縫的實例，分析了裂縫產(chǎn)生的原因，并采取了相應(yīng)的對策，保證了后續(xù)施工的質(zhì)量。

　　一、工程概況

　　小湯山久長花園翠柳居6號樓，基礎(chǔ)埋深2.25m，最大寬度30m，最大長度85.2m。在長度方向上設(shè)置了兩道后澆帶，分為3個施工段?；炷琳麧查L度為：水平向26.1m，豎向30m，混凝土強度等級C35，水泥標號32.5普通硅酸鹽水泥，每立方米水泥用量460kg，澆筑時，室外平均氣溫30℃，混凝土入模溫度為28℃，養(yǎng)護時蓋一層草簾。在第一施工段澆筑完畢后兩天，發(fā)現(xiàn)有細小裂縫，凝結(jié)后10d左右裂縫逐漸擴大，最后經(jīng)檢查，裂縫長度7-8cm，深0.3-1.0cm，個別裂縫長度達13-15cm，深1.5cm，寬0.3mm。本工程雖一次整澆面積較大，但底板厚度不大，僅為35cm，澆筑時雖氣溫較高，但經(jīng)測試混凝土中心溫度與表面溫度差最大僅為11℃，仍滿足要求(《混凝土結(jié)構(gòu)施工及驗收規(guī)范》GB50204-92第4.5.3條：混凝土內(nèi)部于表面溫度差不宜大于25℃)，在新的《混凝土結(jié)構(gòu)施工及驗收規(guī)范》GB50204-2002中，沒有這一規(guī)定，證明溫差并不是裂縫產(chǎn)生的決定因素。事實上就是出現(xiàn)了裂縫。后經(jīng)分析找到了裂縫的原因，對二、三施工段采取了相應(yīng)的對策，使第二、三施工段未出現(xiàn)裂縫。

　　二、分析與對策

　　通過各種公式得到如下數(shù)據(jù)可見齡期在10～14d時，混凝土的溫度應(yīng)力值就逐步趕上及超過其抗拉強度，故在2天出現(xiàn)的干縮裂縫處逐步開展，到后期理論計算溫度應(yīng)力，雖大于混凝土抗拉強度，但因裂縫處已釋放應(yīng)力，且混凝土握裹力增加，使鋼筋參與工作，裂縫不再繼續(xù)開展。由此判斷出現(xiàn)裂縫的原因：

　　(1)水泥用量較大(460kg/m3)，32.5號普通硅酸鹽水泥，水化熱過高，收縮量大。

　　(2)由于施工當時陽光直射，氣溫較高，風力較大，混凝土表面僅覆蓋一層薄草簾，加之現(xiàn)場灑水養(yǎng)護不夠，水分蒸發(fā)太快，很快出現(xiàn)干縮裂縫。

　　(3)由于以上兩條原因，使其混凝土階段溫降過快，溫降過快即綜合溫差ΔT大，則溫度應(yīng)力就大，故會使干縮裂縫繼續(xù)開展，成其為溫度裂縫。其對策有：

　　(1)要求商品混凝土供應(yīng)商采取措施在不改變水泥品種和混凝土強度等條件下，降低混凝土入模溫度到25℃。選擇較適宜的氣溫澆筑混凝土，盡量避開炎熱天氣。采用低溫井水攪拌混凝土，并對骨料噴冷水霧進行預(yù)冷，對骨料進行護蓋或設(shè)置遮陽裝置避免日光直曬，運輸混凝土時也搭設(shè)避陽設(shè)施，以降低混凝土拌合物的入模溫度。摻加相應(yīng)的緩凝型減水劑，如木質(zhì)素磺酸鈣等。在混凝土入模時，采取措施改善和加強入模的通風，加速模內(nèi)熱量的散發(fā)。

　　(2)澆筑混凝土后滿鋪一層塑料布，以保證水分不易蒸發(fā)，保持混凝土表面良好溫度。

　　(3)蓋兩層草簾放慢溫降速度，減少綜合溫差。

　　三、結(jié)論及建議

　　1、設(shè)計措施，在水平結(jié)構(gòu)(如梁、板、墻等)中，盡量采用中低檔混凝土的強度等級(C25～C35)，利用后期強度R60;設(shè)置后澆帶，可在冬季最冷月之前2個月(假定后澆帶的保留時間為2個月)或2個月之前這段氣溫逐漸下降過程中澆筑的大體積混凝土中使用后澆帶，會使其發(fā)揮最大的“放”的效用，既可以“放”掉全部由水化熱產(chǎn)生的負溫差變形，又可以“放”掉30%左右的混凝土收縮變形，還可以“放”掉將近2個月的季節(jié)負溫差變形(也差不多是30%左右的最大季節(jié)負溫差變形)。

　　2、施工措施，嚴格控制施工工藝，而施工工藝的中心工作是新澆筑混凝土的養(yǎng)護，可采取以下方法：

　　(1)潮濕養(yǎng)護混凝土澆筑后，在其表面不斷地補給水分。補給水分的方法有淋水、濕砂層、濕麻袋或草袋等，最好在表面蓋1 層塑料薄膜，這樣水可滲入但又起到保濕作用。潮濕養(yǎng)護的時間越長越好，但是考慮到工期等因素一般不少于半個月，重大工程應(yīng)不少于1個月。混凝土澆筑后數(shù)月內(nèi)，即便養(yǎng)護完畢，也不宜長期直接暴露于風吹日曬的條件下。

　　(2)養(yǎng)護劑涂層

　　必須注意養(yǎng)護劑的質(zhì)量及必要的涂層厚度，同時還應(yīng)提供一定的潮濕養(yǎng)護條件，覆蓋1層塑料薄膜。

　　(3)自動給水養(yǎng)護(水平淋水管)對于一些長墻、長梁等結(jié)構(gòu)，可采用自動噴淋管(塑料管帶有細孔)，長期連續(xù)的淋水養(yǎng)護，效果較好。

　　(4)保溫養(yǎng)護

　　可采用2～3層草袋或草墊之類的保溫層，如水工領(lǐng)域采用的保溫被(纖維編織布中填泡沫塑料)是有效的大面積保溫措施，有條件的地方也可以應(yīng)用;工民建領(lǐng)域，冬季設(shè)置蓄熱棚保溫，棚內(nèi)用碘烏燈或其它熱源補給熱量。有條件時，在冬季施工中盡可能利用混凝土的水化熱進行“自養(yǎng)護”。

　　(5)防風

　　風速對混凝土的水分蒸發(fā)有直接影響，不可忽視。

　　(6)實現(xiàn)信息化施工對于大中型工程，應(yīng)當預(yù)埋測溫點，跟蹤測試，信息反饋，指導施工養(yǎng)護。除了注意溫升、溫差外，更應(yīng)注意降溫速度，隨時控制混凝土內(nèi)的溫度變化，內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內(nèi)，及時調(diào)整保溫及養(yǎng)護措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不至于過大，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。采取長時間的養(yǎng)護，規(guī)定合理的拆模時間，延緩降溫時間和速度，充分發(fā)揮混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”。

　　(7)盡快回填土是最佳的養(yǎng)護介質(zhì)，地下工程混凝土施工完畢應(yīng)盡快回填。

　　3、材料選擇措施，由于泵送混凝土的流動性要求與抗裂的要求相互矛盾，故應(yīng)當選取在滿足泵送的坍落度下限條件下盡可能降低水灰比。目前國內(nèi)攪拌站對砂石骨料的含水率控制波動很大，影響了混凝土的水灰比。調(diào)整配料的水灰比，對于控制混凝土的收縮和提高抗裂性是必要的。攪拌站及施工單位都應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)強度需要和流動度的要求確定較低的坍落度，根據(jù)施工季節(jié)及運輸距離選擇適宜的出廠坍落度和送到澆筑地點的坍落度，并根據(jù)現(xiàn)場坍落度信息隨時調(diào)整攪拌站水灰比。當水灰比不變時，水和水泥的用量，即水泥漿量對于泵送狀態(tài)及收縮都有顯著影響。因此，在保證可泵性和水灰比一定的條件下，應(yīng)盡可能降低水泥漿量。砂率過高意味著細骨料多，粗骨料少，仍然起到增加收縮的作用，對抗裂不利。砂石的吸水率應(yīng)盡可能小一些，以利于降低收縮。水泥品種的選擇應(yīng)根據(jù)大體積混凝土特點，視其結(jié)構(gòu)特點，以水化熱控制或收縮控制。如以水化熱控制可選用粉煤灰水泥、礦渣水泥及中熱硅酸鹽水泥;如以收縮控制，可選用普通硅酸鹽水泥及粉煤灰水泥等。不要輕易采用早強水泥。為了降低用水量，保證泵送流動度，應(yīng)選擇對收縮變形有利的減水劑。相對中低強度等級的混凝土可選用普通減水劑，夏季宜選用緩凝型，而冬季可選用普通型。粉煤灰是泵送混凝土的重要組成部分。由于粉煤灰的火山灰活性效應(yīng)及微珠效應(yīng)，具有優(yōu)良性質(zhì)的粉煤灰，在一定摻量下(水泥重量15%～20%)，其強度還有所增加(包括早期強度)，密實度增加，收縮變形有所減少，泌水量下降，坍落度損失減少。粉煤灰與減水劑摻入混凝土稱為“雙摻技術(shù)”。通過預(yù)配試驗會取得降低水灰比，減少水泥漿量，提高混凝土可泵性的良好效果，特別是可明顯的延緩水化熱峰值的出現(xiàn)，降低溫度峰值。有的國外試驗資料說明收縮變形也有所降低。另外可在混凝土中摻入減縮劑、膨脹劑、纖維等以達到減縮、補償和增強的作用。

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