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?；A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，是由其內部矛盾發(fā)展的結果。一方面由于內外溫差和收縮而產(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。而砼內部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)少，因而溫度上升較多，內外形成溫度梯度，形成內約束。結果砼內部產(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，其表面裂縫在內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，聚集在結構內部不易散失，使混凝土內部的溫度升高。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)計算混凝土內部最高溫度47℃，內外溫差超過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，溫度計在管內停留不少于5min， 當溫度計在管內抽出時，立即讀出溫度值。混凝土澆筑后1～5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，基礎中心與草袋內之間溫差最大值為16℃，草袋內與大氣之間溫差最大值為17℃，均控制在25℃之內，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，同一測溫處內外溫差控制在25℃以內，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。