1 前言
人防工程是一種有防護要求的特殊地下建筑，其建設質量管理是以保證工程質量、保證人民生命財產安全為宗旨。人防工程地下室底板、頂板、墻體皆采用大體積混凝土。據調查統計發現，大體積混凝土出現裂縫相當普遍，其中地下室底板混凝土出現裂縫占調查總數的20%左右，外墻混凝土出現裂縫占調查總數的80%左右，因此，大體積混凝土裂縫是長期困擾土建工程的一大難題。一旦有裂縫發生，將嚴重影響結構的耐久性。
2 工程簡介
某人防工程地下室建筑面積2148 m2，混凝土強度設計值C40，抗滲等級S8，地下室底板厚1.1 m;外墻厚800 mm，凈高4.45 m，采用泵送混凝土，分層澆筑，每層高度3.6 m。墻體配有鋼筋，受力豎筋Φ28@120，分布筋Φ18@200，中間筋Φ14@300;內墻厚400 mm，受力主筋Φ22@200。
該工程于8月初澆筑外墻混凝土，8月末發現墻體開裂，裂縫間距1~2 m，ωmax=0.5 mm，內墻未發現裂縫。混凝土配合比(重量比)及性能指標見表1。
3 開裂原因分析
3.1 外界氣溫影響
澆筑溫度與外界氣溫有直接關系。外界氣溫愈高，混凝土澆筑溫度也愈高，此混凝土于8月初澆筑，正值炎熱夏季，混凝土內部溫升較大，相對散熱能力較少，造成過大的溫度應力。如果外界氣溫下降，將增加混凝土的溫度梯度尤其是氣溫驟然降低，會加大混凝土的內外溫差。該工程于9月中旬采用取芯法檢測內部裂縫情況時發現，隨著溫度的降低，裂縫不斷向縱深發展，已形成貫穿性裂縫，破壞了結構的整體性、耐久性和防水性。
表1 混凝土配合比(重量比)及性能指標
3.2 水泥品種的影響
水泥在水化反應過程中產生大量的熱量，這是大體積混凝土內部溫升的主要熱量來源。因此合理選擇水泥品種是控制大體積混凝土產生裂縫的關鍵，應重點考慮水泥的強度、坍落度和水化熱等因素。
該工程選用普通硅酸鹽水泥，又屬于早強型(42.5R)，不適合大體積混凝土結構，原因在于普通硅酸鹽水泥3 d的水化熱是250 kJ/kg，是礦渣硅酸鹽水泥水化熱的1.4倍。尤其在澆筑初期，采用低熱水泥能夠降低水泥自身發熱量，可大大減少混凝土澆筑塊體的內外溫差。因此選用礦渣硅酸鹽水泥能有效地控制裂縫的產生。
采用早強型水泥將導致混凝土內部熱量散失少，而且加快了降溫速率，墻體內外形成較大的溫度梯度，導致澆筑初期混凝土產生大量通縫。
3.3 摻加外加劑
該工程采用泵送混凝土，為了保證混凝土具有良好的可泵性，采用優化混凝土級配，摻加適量的外加劑，同時改善混凝土的特性，推遲水泥水化熱峰值的出現。
混凝土中常用的緩凝減水劑主要是木鈣，在泵送混凝土中摻入水泥質量的0.2%~0.3%，不僅可節省水泥10%，降低水化熱，同時又改善了混凝土的和易性。延緩初凝時間至6 h以上。膨脹劑的使用，可以產生自應力，密實混凝土，防止混凝土初始裂縫的產生。摻合料主要是粉煤灰，其可降低混凝土早期放熱量，由于粉煤灰活性成分與水泥水化反應產物Ca(OH)2發生二次水化反應，使后期強度提高。摻加量為水泥用量的15%，降低水化熱15%左右。該工程外加劑摻量適當，而粉煤灰摻量為10%，降低水化熱效果不明顯，因此，原材料中粉煤灰的含量可適當提高。
4 混凝土頂板的溫度監測
墻體開裂引起了高度重視，在進行地下室頂板澆筑的過程中，對混凝土溫度進行實時監控。在頂板不同深度處，埋設了測溫元件，及時了解混凝土內部溫度、表面溫度及大氣溫度，當溫差超過25℃時，及時采取保溫養護措施，防止裂縫的產生，日監測最高溫度值見表2。測點布置如圖1所示。布置原則:
a)溫度測量時測點數目不少于5個;
b)以混凝土表面以內50 mm作為表面溫度;
c)測溫元件綁扎于木方上，與鋼筋絕緣，減少測量誤差。
5 地下室頂板溫度計算
5.1 混凝土內部最高絕熱溫升值
(1)
其中，W—水泥用量;Q—水化熱;C—混凝土比熱;ρ—混凝土密度。將數據代入公式(1)可得Th=71.25℃。
5.2 混凝土內部最高溫度
(2)
混凝土澆筑溫度(即入模溫度)，9月初測得Tj=27℃，1.3 m厚板散熱系數ξ=0.43，則可求得Tmax=57.64℃。
5.3 混凝土內部與表面最大溫差
混凝土表面溫度可由下式計算
(3)
式中，Tq—3 d齡期時環境溫度;ΔT(t)—混凝土內部最高與外界溫差;H—頂板厚度(m)，H=h+2h′;h—混凝土實際厚度(m);h′—混凝土虛厚度(m)，h′=k·λ/β;k—計算折減系數，取0.67;β—空氣層傳熱系數，當未采取保溫措施時取23 W/(m2·K)。
由上式可求得Tb(t)=29.41℃，于是可得出混凝土內表最大溫差為ΔT′(t)=28.24℃，超過規定值25℃。因此應采取措施，否則將產生表面裂縫。
6 防裂措施
a)采用低熱水泥，降低水泥水化熱;
b)在設計方面，應優化配合比，充分利用混凝土后期強度;
c)合理分段分層澆筑，增加散熱面，加快了散熱速率，有效地減小溫度和收縮應力;
d)采用循環水冷卻技術，防止裂縫開展;
e)加強保濕、保溫養護是大體積混凝土施工的關鍵環節;
f)采用混凝土預冷技術，包括預冷骨料和加冰拌和，控制澆筑溫度。
7 結束語
對于大體積混凝土結構可在施工中通過科學施工、養護、監測及優化配合比等措施，對裂縫進行有效的控制。隨著材料科學的發展及建筑科學技術管理水平的提高，大體積混凝土開裂這一長期令人們棘手的難題將會得到有效的解決。
參考文獻
1 楊嗣信主編.高層建筑施工手冊(第一版).北京:中國建筑工業出版社
2 龔召熊.水工混凝土的溫控與防裂.北京:中國水利水電出版社
3 李繼業.新型混凝土技術與施工工藝.北京:中國建材工業出版社
