浅谈筏板基础混凝土裂缝产生原因及预防措施

张静华

(衡水建设工程质量监督站,河北 衡水 053000)

在城市建设高速发展的今天,高层建筑工程不断的涌现在各大中城市中,筏板基础的应用也越来越广泛。但筏板基础混凝土体积大,混凝土在浇筑和硬化过程中释放的水化热会产生较大的温度应力和收缩应力,导致混凝土出现裂缝,不仅有损外观形象,还会造成钢筋外露、腐蚀并减小建筑结构抵抗荷载的能力,降低建筑结构的整体性和刚度,成为结构的隐患。

1 筏板基础混凝土温度裂缝机理分析

1.1 水泥水化放热产生的温度收缩

水泥水化放热是筏板基础大体积混凝土产生裂缝的主要原因。水泥水化时会产生大量的热量,而大体积混凝土结构物的断面一般较厚,热量聚集在结构物内部不易散热,混凝土会因受热而产生较大的体积膨胀。在此后的降温阶段,混凝土体积会因自身温度不断降低而逐渐收缩。此时,筏板受到地基或其他结构物件的约束,这样就会在混凝土筏板内部产生很大的温度收缩应力。一旦混凝土筏板中的温度收缩应力超过了混凝土当时龄期的拉应力强度,就会在混凝土中产生贯串整个截面的裂缝,使结构的抗渗性、整体性、耐久性等性能严重降低,带来严重后果。另外,筏板基础混凝土还会因为内部散热慢而温度较高,表面部分散热快而温度低,使混凝土内部与表面之间收缩值相差过大,产生过大的表面拉应力,从而使混凝土表面产生裂缝。

1.2 外界气温变化的影响

外界气温愈高,混凝土的浇注温度也愈高,而外界温度下降,又增加了混凝土的降温幅度,特别是气温骤降,会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度,这对筏板基础大体积混凝土是极为不利的。

混凝土内部的温度是水化热的绝热温度,浇注温度和结构物的散热降温导致各种温度的叠加,而温度应力则是由温差所引起的温度变形造成的。温差越大,温度应力也越大。同时,在高温条件下,大体积混凝土不易散热,在这种情况下,研究合理的温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力,就显得更为重要。

1.3 内外约束条件

约束条件一般可概括为两类:即外约束和内约束。外约束是指结构物的边界条件,一般指支座或其他外界因素对结构物变形的约束。内约束是指较大断面的结构,由于内部非均匀的温度及收缩分布,各质点变形不均匀而产生的相互约束。具有大断面的结构,其结构因断面尺寸较大,其变形还可能受到其他物体的宏观约束。建筑工程筏板混凝土产生裂缝的原因,以温度收缩产生的裂缝为常见,危害也最大。在筏板混凝土施工中,既要防止混凝土的表面裂缝,又要防止混凝土的收缩裂缝。

2 筏板基础混凝土裂缝控制的力学分析

2.1 表面裂缝控制的力学分析

混凝土浇筑初期,水泥水化产生大量的水化热,使筏板混凝土的温度上升很快。但由于混凝土表面散热条件较好,热量可向大气中散发,所以其表面温度上升较少;而其内部由于散热条件较差,热量散发少,这样其内部温度上升较多。内外部由此形成了温度梯度,结果在筏板混凝土内部产生压应力,面层上产生拉应力,当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时,在筏板混凝土的表面就会产生裂缝。

产生裂缝的温度应力包括两个主要组成部分:升温阶段,由混凝土中心温度与混凝土表面温度之差产生的相对变形受到约束引起的温度应力;降温阶段,由混凝土内部从高温降至环境温度时产生收缩变形受到外约束而引起的温度应力。所以,我们控制筏板混凝土裂缝的一项关键因素是将筏板混凝土表面温差控制在一定范围内,使其由于此原因产生的温度应力小于同龄期混凝土的抗拉强度。根据现阶段的工程实践及理论研究,我国《混凝土外加剂应用技术规范》把温差限值确定为25℃。

2.2 收缩裂缝控制的力学分析

筏板基础混凝土收缩裂缝产生在混凝土的降温阶段,即当混凝土降温时,由于逐渐散热而产生收缩,再加上混凝土硬化过程中,由于混凝土内部拌和的水化和蒸发,以及胶质体的胶凝作用,促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束,会产生很大的收缩应力(拉应力),如果产生的收缩应力超过当时龄期的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝,它会贯穿全断面,成为结构性裂缝,给住宅工程带来严重危害。

建筑工程筏板基础的厚度(高度)远远小于其他两个方向的尺寸。当底板厚度与长度之比小于或等于0.2时,底板在温度收缩变形变化作用下,离开端部区域,靠近中部全截面受力较均匀。所以对于这种原因引起的裂缝,在工程实践把温度收缩应力控制在小于龄期混凝土的抗拉强度,能收到较好的效果。

3 筏板基础混凝土裂缝的控制措施

在建筑工程筏板基础混凝土施工中,温度与温度应力的发展规律对混凝土的裂缝控制是至关重要的。温度应力的计算要充分考虑施工条件、环境温度、混凝土弹性模量、徐变、干缩及应力松弛的影响。

影响筏板基础混凝土结构的温度应力因素很多,其中混凝土的配合比、浇注环境及边界散热条件是主要因素,在工程实际中应从以下几个方面入手来控制温度裂缝。

1)改进混凝土配合比,在混凝土中掺入混合材料(如减水剂和粉煤灰等),降低水泥水化热,减少单位体积水泥用量。

2)在混凝土中加入一定的膨胀剂,利用混凝土的补偿收缩原理提高混凝土的抗裂性,这种已“抗”为主,“抗”与“放”相结合的方法能较好的解决筏板基础混凝土的裂缝控制问题。

3)降低混凝土的浇注温度,可以降低混凝土的最高温度,从而可减少基础温度和内外温差。控制浇注温度应尽量避免在高温季节施工或采用与骨料预冷等办法降低入模温度。

4)改善边界散热条件和约束条件,采取保温保湿的养护措施,不使表面混凝土散热太快,使混凝土表面保持较高的温度,降低混凝土的内外温差。

综上所述,建筑工程混凝土筏板基础裂缝主要是前述两方面的原因,在工程实际中应严格执行规范规程,消除此类问题,保证工程质量。

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版社,1997.

[2]GB 50204-2002,混凝土施工质量验收规范[S].

[3]GB 50119-2003,混凝土外加剂应用技术规范[S].