分析基礎大體積混凝土施工技術研究

　　摘要：本文結合大體積砼溫度應力、溫度控制等相關原理，提出了施工期間溫度控制的技術措施，為今后高層建筑基礎工程大體積砼施工提供了有效依據(jù)。

   　1 工程概況

　　黃巖區(qū)財政地稅辦公綜合樓工程基礎底板形狀大致為正方形，長約為40m，寬約為39m；基礎底板的結構采用反梁形式，反梁高為1.6m，底板部分厚為1.3m，樁基承臺處為2.1m；電梯井位置局部混凝土厚度達3.6m?；炷翑?shù)量共計2870m3，一次澆筑完畢，不留施工縫，不設后澆帶，屬于大體積混凝土工程。基礎上下部各配置φ25@150鋼筋網(wǎng)，中間配置φ12@400鋼筋網(wǎng)，混凝土強度等級為C35，抗?jié)B等級為S8。底板混凝土澆筑期間正是臺州地區(qū)天氣較熱的八、九月份，特別是基坑處于地面下6～7m左右，坑內(nèi)空氣流通較慢，加劇了混凝土表面溫度。

　　市氣象局所提供的資料和實測數(shù)據(jù)顯示，大氣日溫呈正弦變化(寒潮期間除外)，其中夏季日溫變曲線為，

　　式中： ——某一時刻溫度，℃；—— ， 為時間。

　　因此該基礎應按大體積混凝土從材料選用、配合比設計、混凝土的澆筑、養(yǎng)護及測溫等方面采用綜合措施進行溫度控制。

　　建筑工程中，尤其是高層建筑工程中的基礎大體積砼有下述特點：

　　(1) 砼強度級別高，水泥用量較大，因而收縮變形大。

　　(2) 由于幾何尺寸不是十分巨大，水化熱溫升快，降溫散熱亦較快。因此降溫與收縮的共同作用是引起砼開裂的主要因素。

　　(3) 控制裂縫的方法不像塊體砼那樣，要采用特別的低熱水泥和復雜的冷卻系統(tǒng)，而主要依靠合理配筋，改進設計，采用合理的砼配比，澆筑方案和澆筑后加強養(yǎng)護等措施，以提高結構的抗裂性和避免引起過大的內(nèi)外溫差而出現(xiàn)裂縫。

　　因而，為了有效控制基礎大體積砼溫度，避免出現(xiàn)溫度裂縫，該工程在基礎施[Page] 工階段采用了多種措施綜合控制溫度裂縫。

　　2 大體積砼溫度裂縫

　　砼隨著溫度的變化而發(fā)生熱脹冷縮，稱為溫度變形。對于大體積砼施工階段來說，由于溫度變形而引起的裂縫，可稱為“初始裂縫”或“早期裂縫”。大體積砼施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫，是由其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結果。一方面由于內(nèi)外溫差和收縮而產(chǎn)生應力和應變，另一方面是結構物的外部砼各質點間的約束，阻止這種應變，一旦溫度拉應力超過砼能承受的抗拉強度時，即出現(xiàn)裂縫。

　　大體積砼由于截面大，水泥用量大，水泥水化釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度變化，由此形成的溫度應力是導致產(chǎn)生裂縫的主要原因.這種裂縫分兩種：

　　表面裂縫砼澆筑初期，水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，使砼的溫度很快上升，但由于砼表面散熱條件好，熱量可向大氣中散發(fā)，因而溫度上升較少。而砼內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)少，因而溫度上升較多，內(nèi)外形成溫度梯度，形成內(nèi)約束。結果砼內(nèi)部產(chǎn)生壓應力，面層產(chǎn)生拉應力，當該拉應力超過砼的抗拉強度時，砼表面就產(chǎn)生裂縫。

　　收縮裂縫砼澆筑后數(shù)日，水泥水化熱己基本釋放。砼從最高溫度逐漸降溫，降溫的結果引起砼收縮，再加上砼中多余水份蒸發(fā)等引起的體積收縮變形，二者都受到地基和結構邊界條件的約束，不能自由變形，導致溫度拉應力。當該溫度應力超過砼抗拉強度時，則從約束面開始向上形成裂縫，如果該溫度應力足夠大，可能產(chǎn)生貫穿裂縫，破壞了結構的整體性、耐久性和防水性，影響正常使用。

　　大體積混凝土結構中，溫度變化不但可能引起裂縫，對結構的應力狀態(tài)也具有重要影響，有時溫度應力在數(shù)值上可能超過其他外荷載引起的應力。

　　地下室的大體積混凝土處于基礎約束范圍以內(nèi)，其表面裂縫在內(nèi)部混凝土降溫過程中，可能發(fā)展為深層甚至貫穿裂縫，引起地下室滲水，影響安全使用。

　　基于上述特點，在大體積混凝土結構設計中，通常要求不出現(xiàn)拉應力或者只出現(xiàn)很小的拉應力，但在施工過程中，大體積混凝土結構由于溫度的變化而產(chǎn)生很大的拉應力，要把這種溫度變化所引起的拉應力限制在允許范圍以內(nèi)是非常困難的。

　　總之，如何控制溫度、防止裂縫發(fā)展，是大體積混凝土結構施工中最重要的課[Page] 題。

　　3 基本措施

　　針對該工程的實際情況，施工中采用了以下多種措施控制溫度裂縫的發(fā)展。

　　3.1 材料選擇及質量要求

　　(1) 水泥

　　由于基礎底板厚1.3m，水泥在水化過程產(chǎn)生大量的熱量，聚集在結構內(nèi)部不易散失，使混凝土內(nèi)部的溫度升高。為此，在施工中應選用水化熱較低的水泥以及盡量降低單位水泥用量(每減少10kg水泥，降低溫度1℃)。本工程由于貨源限制選用525號普通砼酸鹽水泥。

　　(2) 粗細骨料

　　粗骨料選用5～40mm單粒級卵石。它比5～25mm石子，每立方米混凝土可減少用水量15kg左右，在相同水灰比(015)情況下，水泥可減少30kg左右。細骨料采用中粗砂，其細度模數(shù)為218。它比采用細砂，每立方米混凝土減少用水量20kg左右，水泥相應減少28～35kg，從而降低混凝土的干縮。

　　(3) 混合料及外加劑

　　混凝土中摻入水泥重量0.25%左右的緩凝型減水劑—木質素磺酸鈣，一方面可明顯延緩水化熱釋放的速度，推遲水化熱峰值的出現(xiàn)；同時又減少10%拌和用水，節(jié)約10%左右的水泥，從而降低水化熱?；炷林袚饺脒m量粉煤灰，不僅改善混凝土的工作度，減少混凝土的用水量，減少泌水和離析現(xiàn)象；同時代替部分水泥，減少水化熱。摻入適量UEA膨脹劑，有效地補償混凝土干縮，并在一定程度上補償冷縮，改變混凝土分子結構組織，增加密實性，提高抗?jié)B能力。

　　3.2 混凝土配合比的制定

　　根據(jù)選用的材料，通過試驗室試配確定了混凝土配合比，采用塔吊運輸，混凝土坍落度控制在3～5cm；C35PS8混凝土配合比(kg/m3)為水泥:黃砂:石子:水=330:771:1087:173；摻合料(kg/m3):UEA膨脹劑33kg，粉煤灰44kg，木鈣0.66kg；水灰比0.48，砂率40%。

　　3.3 混凝土的澆筑及養(yǎng)護

　　混凝土澆筑采用斜面一次澆筑，分層厚度為43cm左右，在斜面下層混凝土未初凝時(初凝時間為3h左右)進行上層混凝土澆筑，在不同部位用3臺振動棒分上、中、下3個層次，采用循環(huán)推進,一次到頂?shù)霓k法，以消除冷凝，增強混凝土的密實性，保證防水質量。

　　根據(jù)計算混凝土內(nèi)部最高溫度47℃，內(nèi)外溫差超過25℃，因而混凝土澆筑后，采取有效的外部保溫法。目的是減少混凝土表面的熱擴散，減少混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫；同時延長散熱時間。具體方法：在表面抹壓后即覆蓋一層塑料薄膜，來封閉混凝土中多余拌合水，以實現(xiàn)混凝土的自養(yǎng)護，終凝后覆蓋二層草袋，混凝土養(yǎng)[Page] 護時間不少于14d。

　　3.4 混凝土測溫

　　為了掌握大體積混凝土的溫度變化規(guī)律，及時了解溫差對大體積混凝土質量的影響，采取常規(guī)測溫技術，對底板混凝土的上、中、下進行布點觀測，以便采取相應的技術措施，防止混凝土開裂。

　　本工程測點共設4點，每點設上、中、下三個測溫孔。在混凝土澆筑前，用鋼管預先放置在底板內(nèi)并高出板頂100mm，并固定于底板筋上，鋼管下口事先封死，溫度計頂端與預埋管之間用保溫材料塞嚴，防止水分浸泡，并做好測溫點的編號。采用玻璃溫度計，溫度計在管內(nèi)停留不少于5min， 當溫度計在管內(nèi)抽出時，立即讀出溫度值?；炷翝仓?～5天，每2h測一次，第6～10天，每4h測一次，每次同時測出大氣溫度及草袋與混凝土表面之間的溫度。

　　實測數(shù)據(jù)表明：混凝土內(nèi)部的最高溫度(36℃)出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第3天，基礎中心與草袋內(nèi)之間溫差最大值為16℃，草袋內(nèi)與大氣之間溫差最大值為17℃，均控制在25℃之內(nèi)，有效控制了溫差梯度，符合《混凝土工程施工及驗收規(guī)范》(GB50204-92)中混凝土表面和內(nèi)部溫差“不宜超過25℃”的要求。

　　4 結論

　　通過大體積混凝土溫控，混凝土內(nèi)部最高溫度為41℃，比采用常規(guī)方法降低6℃以上，同一測溫處內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，從測溫數(shù)據(jù)及底板混凝土外觀質量表明，以上溫控措施是成功的。