付海峰，王新剛

（1.天津港地產(chǎn)發(fā)展有限公司，天津300402；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222）

1 工程概況

大面積薄層混凝土出現(xiàn)裂縫是一種常見(jiàn)的質(zhì)量通病，如果裂縫過(guò)多、過(guò)大會(huì)影響正常的生產(chǎn)使用，增加維修費(fèi)用和降低耐久性。天津某物流加工區(qū)部分倉(cāng)庫(kù)地面混凝土在澆筑后均出現(xiàn)不同程度的裂縫，其中A庫(kù)、J庫(kù)裂縫示意圖如圖1和圖2所示，裂縫主要為龜裂、網(wǎng)狀裂縫和規(guī)則裂縫3種類型。

圖1 A庫(kù)裂縫示意圖

圖2 J庫(kù)裂縫示意圖

裂縫出現(xiàn)時(shí)間：A庫(kù)面層混凝土澆注10 d后出現(xiàn)裂縫；J庫(kù)面層混凝土澆注16 d后出現(xiàn)裂縫。

2 倉(cāng)庫(kù)面層混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析

通常，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，或產(chǎn)生的變形超過(guò)了混凝土所允許的極限變形時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。通過(guò)對(duì)A庫(kù)和J庫(kù)面層混凝土裂縫情況的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、分析認(rèn)為裂縫的產(chǎn)生主要是由溫度和收縮引起，下面分別計(jì)算由溫度變化和收縮引起的應(yīng)力。

2.1 溫度應(yīng)力的計(jì)算

為了分析由水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力情況，本文采用有限元軟件以倉(cāng)庫(kù)面層混凝土的實(shí)體尺寸建立分析模型如圖3所示。

圖3 倉(cāng)庫(kù)面層混凝土有限元模型

經(jīng)計(jì)算，倉(cāng)庫(kù)面層混凝土表面應(yīng)力及中心溫度應(yīng)力變化情況如圖4所示。由圖4的計(jì)算結(jié)果可以看出，由溫度變化引起的應(yīng)力均小于容許拉應(yīng)力，因此由溫度應(yīng)力單獨(dú)作用，倉(cāng)庫(kù)面層混凝土產(chǎn)生裂縫的可能性較小。

圖4 倉(cāng)庫(kù)面層混凝土表面和中心溫度應(yīng)力

2.2 收縮應(yīng)力計(jì)算

本工程倉(cāng)庫(kù)面層混凝土的配筋率較低，因此混凝土的收縮應(yīng)變采用如下計(jì)算公式[1]：

式中：εy（t）為任意時(shí)間的收縮應(yīng)變；t為時(shí)間，d；M1，M2，…Mn為考慮各種非標(biāo)準(zhǔn)條件的修正系數(shù)。

由于混凝土應(yīng)力的數(shù)值與彈性模量成正比，因此彈性模量計(jì)算精度直接影響到應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的精度，本文彈性模量計(jì)算公式采用復(fù)合指數(shù)式[2]：

式中：τ為齡期；E0為τ→∞時(shí)的最終彈性模量；a，b為常數(shù)。

由于混凝土的徐變性質(zhì)，其應(yīng)力值隨時(shí)間的增加而下降，即：

式中：σx*（t，τ）為隨時(shí)間的增加而降低的松弛應(yīng)力；σx（τ）彈性應(yīng)力；H（t，τ）為應(yīng)力松弛系數(shù)[1]。

由收縮引起的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表1所列。

表1 倉(cāng)庫(kù)面層混凝土收縮應(yīng)力

將溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力迭加，溫度、收縮應(yīng)力和混凝土抗拉強(qiáng)度比較見(jiàn)表2。

表2 倉(cāng)庫(kù)面層混凝土溫度、收縮應(yīng)力及抗拉強(qiáng)度

由上述計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力之和在10 d左右開(kāi)始大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，與倉(cāng)庫(kù)面層混凝土出現(xiàn)裂縫的時(shí)間基本一致。

3 倉(cāng)庫(kù)面層混凝土裂縫控制技術(shù)措施

3.1 改進(jìn)混凝土配合比及優(yōu)選原材料

混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)在保證強(qiáng)度、耐久性及施工要求的前提下降低水化熱，減小混凝土的絕熱溫升，從原材料優(yōu)選和配合比參數(shù)優(yōu)化入手，選擇好混凝土各種基本組成材料。同時(shí)，還應(yīng)考慮控制面層混凝土裂縫的因素及經(jīng)濟(jì)合理性。

水泥應(yīng)優(yōu)先選用水化熱較低的中熱或低熱水泥，有條件時(shí)應(yīng)進(jìn)行水泥水化熱試驗(yàn)，來(lái)獲得水化放熱規(guī)律。大體積混凝土所用的水泥更多的是礦渣水泥和粉煤灰水泥。但據(jù)以往工程實(shí)踐，采用礦渣水泥易引起混凝土拌合物的泌水，和易性不良，對(duì)施工帶來(lái)很多不便。因此，本工程采用粉煤灰水泥進(jìn)行混凝土配制。

細(xì)集料采用優(yōu)質(zhì)的中砂，細(xì)度模數(shù)宜在2.7～3.0范圍內(nèi)。粗集料選用級(jí)配良好且線膨脹系數(shù)小的花崗巖碎石。粗細(xì)集料的含泥量應(yīng)盡量少，控制在1%～1.5%。

盡量降低水泥用量和水灰比，水泥用量宜控制在260 kg/m3左右，水灰比宜控制在0.45以下，摻加高效緩凝型減水劑。混凝土的澆筑坍落度宜選用30～50mm。

為避免或減少塑性收縮裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)摻聚丙烯纖維，摻量為1 kg/m3。

3.2 降低澆筑溫度

盡量降低澆筑溫度，特別是在炎熱的季節(jié)，應(yīng)控制混凝土原材料的溫度，如可將砂石料場(chǎng)遮陽(yáng)澆水冷卻來(lái)降低溫度，同時(shí)可向拌和水中加冰降溫。另外要特別注意水泥溫度應(yīng)控制在50℃以下，若超過(guò)50℃必須采取降溫措施后再使用。在混凝士的運(yùn)輸過(guò)程中盡可能連續(xù)、縮短運(yùn)輸及停留時(shí)間，減少運(yùn)輸過(guò)程中的吸熱。盡可能將混凝土澆筑安排在夜間施工。一般來(lái)說(shuō)，在冬季施工時(shí)，入模溫度容易控制，但必須注意保溫，特別是初凝期注意混凝土表面防凍。

3.3 混凝土的澆筑

1）混凝土澆筑必須保證整體連續(xù)性的要求，不出現(xiàn)施工冷縫。采用斜面分層，薄層連續(xù)澆筑到頂?shù)姆椒ǎ匀涣魈势露瓤刂圃?1∶6～1∶10。

2）采用插入式振搗器振搗，振搗時(shí)做到快插、慢拔。每點(diǎn)振搗時(shí)間需20～30 s，振搗間距不大于50 cm，振搗棒應(yīng)插入下一層5 cm深，振搗時(shí)間以表面水平不再顯著下降，不再出現(xiàn)氣泡，表面泛出灰漿為準(zhǔn)。

3）泌水處理。泵送混凝土流動(dòng)性大，易出現(xiàn)表面泌水現(xiàn)象，泌水量的大小與水泥品種、外加劑成分、拌和時(shí)間及混凝土坍落度有關(guān)。若出現(xiàn)泌水現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)排除，以提高混凝土質(zhì)量。

4）表面處理?；炷翝仓?，在初凝前1～2 h，先用長(zhǎng)括尺按標(biāo)高刮平，再用鐵滾筒碾壓數(shù)遍，并用木蟹打磨壓平，以閉合收縮裂縫。

3.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后，即可進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。先覆蓋1層土工布，然后再覆蓋1層塑料薄膜，最后再覆蓋1層土工布。另外再準(zhǔn)備幾層土工布，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫情況，增加覆蓋層厚度，以防止混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大。保溫養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間一般不少于15 d，保溫層的拆除應(yīng)分層逐步進(jìn)行。

4 結(jié)論

倉(cāng)庫(kù)地面混凝土裂縫主要是由混凝土的溫度應(yīng)力和收縮變形的綜合作用引起的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致的。由于倉(cāng)庫(kù)地面混凝土的面積較大，要想完全不產(chǎn)生裂縫是較難的，但通過(guò)一系列的技術(shù)措施可以把裂縫的數(shù)量、寬度和深度控制到最小程度。

[1] 王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[2] 朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.