地下室承臺大體積混凝土溫度裂縫控制探討

【摘 要】在現(xiàn)代建筑施工過程中，常會出現(xiàn)大體積混凝土施工，控制溫度變形裂縫的發(fā)生成為混凝土質(zhì)量控制的重要一環(huán)。本文結(jié)合工程實(shí)踐和科研理論成果，分析了溫度裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，提出了大體積混凝土結(jié)構(gòu)防止產(chǎn)生溫度裂縫的措施及施工方案，為今后大體積混凝土施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土；溫度裂縫；控制理論；施工方案

隨著城市化建筑的發(fā)展和需要，高層、超高層和特殊功能的建筑日益增加，大體積混凝土在這些現(xiàn)代工程建設(shè)中已占有重要地位，但同時這種大體積混凝土具有結(jié)構(gòu)厚、體積大、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜、施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)。在工程實(shí)踐中，它除了必須滿足強(qiáng)度、剛度、整體性和耐久性的設(shè)計要求外，還必須有專業(yè)技術(shù)手段來調(diào)節(jié)內(nèi)外溫差，控制溫度變形裂縫的發(fā)展，這已成為大體積混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵。本文以一個工程實(shí)例，從控制溫度裂縫的角度來探討地下室承臺大體積混凝土工程的施工。[1-7]

一、工程概況

某醫(yī)療綜合樓門診用房工程東西寬90m、南北長150m，為超長、超寬鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地下一層，地上四-五層，地下室底板頂標(biāo)高為-5.1m，底板厚400㎜，但承臺高度從600mm到1600mm不等，部分承臺尺寸較大。底板砼強(qiáng)度等級為C40，抗?jié)B等級為S8。單層面積大，地下室承臺厚、混凝土體量大，鋼筋密，而且施工時氣溫較高，大體積混凝土溫度裂縫控制是本工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

二、大體積混凝土溫度裂縫的控制理論探討

從裂縫的形成機(jī)理來看，大體積的混凝土開裂，主要是混凝土承受的內(nèi)部應(yīng)力和混凝土本身的抗拉強(qiáng)度之間矛盾發(fā)展的結(jié)果。因此為了控制大體積混凝土裂縫，就必須盡最大可能提高混凝土本身抗拉強(qiáng)度性能和降低內(nèi)部應(yīng)力（特別是溫度應(yīng)力），抗拉強(qiáng)度主要取決于混凝土的強(qiáng)度等級及組成材料，所以保證抗拉強(qiáng)度的關(guān)鍵在于原材料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化，降低內(nèi)部應(yīng)力主要通過控制內(nèi)外溫差來實(shí)現(xiàn)。

為了有效控制裂縫，降低混凝土內(nèi)部水化熱、減小內(nèi)外溫差（小于25℃），原材料按如下原則選用：水泥選用低水化熱或中水化熱的水泥品種配制混凝土。在滿足設(shè)計和混凝土可泵性的前提下，水泥用量控制在 360kg/m3左右，以便從根本上降低混凝土最高溫升，從而降低混凝土所受的內(nèi)部應(yīng)力。

粗骨料選用粒徑較大（但不宜大于40mm、含泥量不大于1% ）、級配良好的石子，配制的混凝土和易性較好、抗壓強(qiáng)度較高、同時可以減少用水量及水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升。細(xì)骨料選用平均粒徑較大的中、粗砂（含泥量不大于5% ）拌制的混凝土比采用細(xì)砂拌制的混凝土可減少用水量10%左右，同時相應(yīng)減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升，并可減少混凝土收縮。

粉煤灰的選用按照規(guī)范要求，采用礦渣硅酸鹽水泥拌制大體積粉煤灰混凝土?xí)r，其粉煤灰取代水泥的最大限量為25%。粉煤灰對水化熱、改善混凝土和易性有利，但摻加粉煤灰的混凝土早期極限抗拉值均有所降低，對混凝土抗?jié)B抗裂不利，因此粉煤灰的摻量控制在10%以內(nèi)，按配合比要求計算出每立方米混凝土所摻加粉煤灰量，采用不減少配合比中的水泥用量的外摻法。

外加劑可根據(jù)設(shè)計要求，混凝土中摻加一定用量外加劑，如防水劑、減水劑、緩凝劑、膨脹劑等等。特別是膨脹劑選用PNC膨脹劑，摻量8%等量代表水泥，即可以降低水泥用量降低水化熱，而且可以補(bǔ)償混凝土收縮產(chǎn)生自應(yīng)力，抵消結(jié)構(gòu)由于干縮、冷縮、化學(xué)收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而防止或減少收縮裂縫的出現(xiàn)，使混凝土更加致密，提高混凝土的抗?jié)B性。另外外加劑中的糖鈣成分能提高混凝土的和易性，使用水量減少20%左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延長到5h左右，有效降低混凝土前期收縮。

混凝土入模溫度控制及測溫措施方面，在每次開盤之前，試驗(yàn)室要量測水泥、砂、石、水的溫度，專門記錄，計算其出機(jī)溫度，并估算澆筑溫度。嚴(yán)格控制砼原材料的溫度，高層建筑最好選在春秋季開工，這樣在基礎(chǔ)混凝土澆筑時，可以自然降低混凝土的入模溫度。如果在夏季施工，應(yīng)采取人工措施降低入模溫度，澆筑時最好不要讓混凝土在太陽下直接爆曬，施工過程中應(yīng)對碎石灑水降溫（但此時應(yīng)注意砂石含水率變化），保證水泥庫通風(fēng)良好，自來水可預(yù)先放入地下蓄水池中降溫。在冬季施工時，可以在混凝土攪拌前對原材料進(jìn)行預(yù)熱，混凝土拌合物的出機(jī)溫度應(yīng)控制不宜低于10℃，入模溫度不得低于5℃。設(shè)置測溫孔，定專人、定時、定儀器，隨時了解混凝土中心溫度與混凝土結(jié)構(gòu)物表面溫度之差，用測試的溫度來指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)保溫，控制混凝土表面溫度，防止混凝土結(jié)構(gòu)物表面溫度散失快而引起內(nèi)外溫差裂縫，內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。

三、底板大體積混凝土澆筑

在上述大體積混凝土溫度裂縫的控制理論探討的基礎(chǔ)上提出本工程的砼澆筑方案：

1、C40大體積混凝土配合比及材料要求：

底板大體積混凝土采用商品砼，攪拌車運(yùn)送至施工現(xiàn)場，由砼泵車泵送澆筑，項(xiàng)目部應(yīng)安排一名技術(shù)人員進(jìn)駐混凝土供料單位，對供料單位的材料質(zhì)量及配合比等進(jìn)行檢查控制。

2、大體積混凝土澆筑準(zhǔn)備：

砼澆筑前應(yīng)對施工現(xiàn)場的振搗機(jī)械進(jìn)行通電試運(yùn)轉(zhuǎn)，對不符要求的施工機(jī)具提前予以檢修；通知混凝土供料單位一起對現(xiàn)場進(jìn)行布置，確定混凝土運(yùn)輸車輛的行走路線、停倒車位置，確?；炷翝仓^程中不受外界因素的影響。

3、大體積混凝土施工方法：

混凝土澆筑方案：由于承臺大體積混凝土厚最厚達(dá)1.60m，內(nèi)部水化熱溫升偏高，內(nèi)部溫差和降溫速率不易控制，同時考慮混凝土供應(yīng)時間問題。底板混凝土澆筑分為兩區(qū)段進(jìn)行澆筑施工，兩區(qū)段澆筑施工時設(shè)一臺汽車泵和一臺固定泵同時澆筑。汽車泵的位置停放在路面上，先分層澆筑大承臺，大承臺分層澆筑至與底板底平后開始底板與小承臺混凝土澆筑。

4、大體積混凝土施工工藝：

大承臺混凝土采取分層澆筑方法，每層澆筑的厚度控制在800㎜，底板小承臺混凝土每層澆筑的厚度控制在400㎜～500㎜。澆筑方向由東向西進(jìn)行，“一個坡度、薄層澆筑、一次到頂”。為不使上下兩層混凝土產(chǎn)生施工冷縫，要在下一層混凝土初凝之前澆筑上一層混凝土，并采取二次振搗法，在振搗上一層時，應(yīng)插入下層砼中50㎜左右，以消除兩層之間的接縫間隙。

根據(jù)混凝土泵送時自然形成的坡度，在每個澆筑帶的前后、中部布置三道振動器，這樣通過混凝土的振動流淌達(dá)到均勻鋪攤的要求，如下圖所示。振動器的振搗要做到快插慢拔?？觳迨菫榱朔乐瓜葘⒈砻婊炷琳駥?shí)而與下面混凝土發(fā)生分層、離析現(xiàn)象；慢拔是為了使混凝土填滿振動棒抽出時所造成的空洞。

振動器插點(diǎn)要均勻排列，可采用“行列式”或“交錯式”的次序移動，不應(yīng)混用，以免造成混亂而發(fā)生漏振，插點(diǎn)間距400㎜～500㎜，每一插點(diǎn)要掌握好振搗時間，過短不易搗實(shí)，過長可能引起混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。每點(diǎn)振搗時間應(yīng)視混凝土表面呈水平不再顯著下沉或不再出現(xiàn)氣泡，表面泛出灰漿為準(zhǔn)，一般每點(diǎn)振搗時間為15～30s。當(dāng)混凝土大坡面的坡腳接近頂端梁柱模板時，應(yīng)改變混凝土澆筑方向，即從頂端往回澆筑，與原斜坡相交成一個積水坑，另外有意識地加強(qiáng)側(cè)板處的混凝土澆筑強(qiáng)度，這樣積水坑逐步在中間縮小成一水潭，用泵及時將泌水排除。

因泵送大體積混凝土的表面水泥漿較厚，在澆筑后3～4小時內(nèi)先初步按設(shè)計標(biāo)高用長刮杠刮平，然后在初凝前用35～50㎏鐵滾筒輾壓2遍，再用木槎子槎平太壓實(shí)，最后一遍要掌握好時間，一般以初凝時間為準(zhǔn)，可用手指按壓法控制抹壓時間，用以閉合收水裂縫。并在砼覆蓋保溫材料之前，再檢查表面有否龜裂，若有裂縫再用木抹子收縫抹壓后再按要求覆蓋養(yǎng)護(hù)。

降低大體積砼塊體內(nèi)外溫度差和減慢降溫速度來達(dá)到降低混凝土塊體溫降收縮應(yīng)力和提高砼抗拉強(qiáng)度，防止混凝土裂縫.故對混凝土的養(yǎng)護(hù)是非常重要的，混凝土澆筑后應(yīng)及時按控溫要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5、混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測

室外氣溫、環(huán)境溫度、混凝土出罐及入模溫度、終凝前混凝上溫度采用普通溫度計測量。 混凝土內(nèi)部溫度采用溫度計進(jìn)行人工測溫：澆砼前先在承臺內(nèi)埋設(shè)測溫鋼管；測溫鋼管選用直徑35薄壁鋼管，在每個承臺埋設(shè)二根（一根管底標(biāo)高在承臺中部，一根管底標(biāo)高在承臺面往下100，相同尺寸的承臺僅設(shè)一個測點(diǎn)），在大承臺中各埋置11根測溫鋼管（其中二根監(jiān)測面層溫度，六根監(jiān)測底部溫度，三根監(jiān)測中部溫度），底板按各區(qū)段隨機(jī)預(yù)埋八根測溫鋼管。每根測溫鋼管上面均編上編號，用以觀測底板不同深度、部位溫度的變化情況；測溫鋼管露出砼表面200㎜～250mm，膠帶包扎保護(hù)，防止?jié)岔艜r堵塞測溫鋼管。測溫時間：大承臺的測溫時間前72小時為每間隔2小時測溫觀測一次，三天后每間隔4小時測溫觀測一次，直至混凝土內(nèi)部溫度變化穩(wěn)定為止；小承臺的測溫時間前24小時為每間隔3小時測溫觀測一次，四天后每間隔6小時測溫觀測一次，直至混凝土內(nèi)部溫度變化穩(wěn)定為止。

6、承臺砼降溫

為了確保大承臺內(nèi)的溫升得到有效控制，將在混凝土內(nèi)預(yù)埋Φ50×3㎜鋼管，采取循環(huán)冷卻水控制混凝土內(nèi)部的溫度，并在混凝土面層覆蓋薄膜等保溫措施進(jìn)行保溫，力爭使混凝土的內(nèi)外溫差控制在250C之內(nèi)；承臺均采用在混凝土面層覆蓋保溫材料等保溫措施進(jìn)行保溫，使內(nèi)外溫差升降控制在設(shè)計范圍內(nèi)。

7、混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土表面壓光抹平后，在混凝土初凝前采用下部覆蓋一層塑料薄膜、上部覆蓋1～2層麻袋（底板部位覆蓋一層，承臺部位覆蓋二層）、上面再覆蓋一層薄膜進(jìn)行保溫。在養(yǎng)護(hù)期間，隨時測量檢查混凝土表面的干濕及溫差情況，如測溫檢查達(dá)到23℃時，應(yīng)用30～50℃的熱水進(jìn)行表面加溫養(yǎng)護(hù)，同時應(yīng)保持混凝土的濕潤。測溫過程中應(yīng)特別注意大承臺的溫升情況，澆水濕潤養(yǎng)護(hù)時間不得少于14天。

四、總結(jié)

溫度裂縫一直是困擾高層建筑大體積混凝土基礎(chǔ)施工的難點(diǎn)，在大體積混凝土施工中，應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)的溫度控制理論，優(yōu)化混凝土配合比，優(yōu)化原材料選用；根據(jù)氣溫情況摻加各種復(fù)合型高效減水劑、粉煤灰、膨脹劑，降低混凝土水化熱；采用合理的施工方法，做好冷卻和表面隔熱保護(hù)，消除或減小外部約束；用綜合的溫控施工措施對混凝土溫升與內(nèi)表溫差進(jìn)行實(shí)測，選擇合適的保溫保濕養(yǎng)護(hù)方式，控制大積混凝土內(nèi)部熱峰值及收縮裂縫的作用，使混凝土內(nèi)外溫差小于 25℃；同時采取相應(yīng)手段提高混凝土抗拉強(qiáng)度，以有效防止裂縫的出現(xiàn)。本工程采用以上溫度裂縫控制方法，取得較好的實(shí)施結(jié)果，地下室底板砼施工完工完畢六個月來，經(jīng)有關(guān)部門多次檢測，未出現(xiàn)有害性裂縫，砼強(qiáng)度、抗?jié)B等級均符合設(shè)計要求。對大體積混凝土工程的溫度裂縫的控制和施工方法有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉平，陳超云.承臺大體積混凝土施工溫度的控制.基建優(yōu)化，2005（2）：121-123.

[2]周世明，建筑施工手冊.（第 4版），北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]于樹山，周云麟.超大體積混凝土夏季施工與裂縫控制.混凝土，1993（4）：18-22.

[4]王若民.超厚大體積混凝土施工技術(shù).福建建筑，2005（2）：72-92.

[5]梁斌.大體積混凝土基礎(chǔ)施工.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2005（S1）：48-51.

[6]徐敬軍，安志文，王海軍.大體積混凝土溫度和收縮裂縫控制措施.河北建筑工程學(xué)院學(xué)報，2005，23（3）：36-40.

[7]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

作者簡介：

林克科，遼寧鞍山市人，安徽省銅陵市電力公司監(jiān)理站工程師。