筏板基礎大體積混凝土施工溫度裂縫控制

李偉強

摘要：溫度裂縫時筏板大體積混凝土典型的質量通病，對混凝土結構的可靠性、安全性和穩(wěn)定性有著較大的影響。本文結合工程應用實例，重點分析了筏板基礎大體積混凝土施工溫度裂縫產生的原因，并針對裂縫控制工作提出了一些切實有效的技術措施，以供實踐參考。

關鍵詞：筏板基礎；大體積混凝土；溫度裂縫；技術措施

隨著我國社會經濟建設的快速發(fā)展，城市建設規(guī)模得到進一步的擴大，各種類型的建筑工程數量日益增加，這對建筑物的質量安全提出了更高的要求。大體積混凝土作為一種新型的建筑材料，具有結構厚實、耐久性好和強度高等特點，目前在城市筏板基礎、施工建筑等方面有著廣泛的應用。但由于大體積混凝土在澆筑過程中容易受到溫度變化、水泥水化熱、施工技術和人員操作等因素的影響，致使混凝土結構出現溫度裂縫的現象，若施工人員不及時進行有效的措施，不僅會影響到大體積混凝土結構的耐久性、穩(wěn)定性和安全性，而且也會給建筑物的運作帶來嚴重的安全隱患，甚至造成不可換回的損失。因此，建設單位必須重視筏板基礎大體積混凝土溫度裂縫的控制工作，采取有效措施，以確保建筑物的質量安全。

1 工程概況

某商業(yè)建筑，地下1層，地上3層（局部4層），主體為框架剪力墻結構。主體樓總建筑面積36631.81m2，其中地下13720.32m2，地上22911.49m2。主體樓建筑基底面積8780.04m2，梁板式筏形基礎，厚度為500～900mm，地梁厚1.5m，部分達到1.9m?；炷猎O計強度C35，抗?jié)B強度P6，筏基部分混凝土總澆筑量9800m3?！?.000以下大體積混凝土澆筑施工都在冬季進行。

2 大體積混凝土裂縫產生機理及原因分析

2.1 筏板基礎界定為大體積混凝土的理由

JGJ55—2000《普通混凝土配合比設計規(guī)程》中對大體積混凝土進行了解釋，描述為：混凝土結構物實體最小尺寸等于或大于1m，或預計會因水泥水化熱引起混凝土內外溫差過大而導致裂縫的混凝土。樞紐主體樓的筏板基礎厚度雖不均勻（500～1900mm），但筆者認為，術語中的“大”給我們很多混凝土工程的裂縫控制造成了誤解，是否界定為“大體積混凝土”，主要應該從水泥水化熱引起的內外溫差變化和體積變化致使混凝土出現有害裂縫來界定，該樞紐工程基礎混凝土澆筑處在冬季施工，混凝土內外溫差較大，故應界定為大體積混凝土。

2.2 裂縫產生的原因分析

大體積混凝土產生的裂縫，絕大部分都是溫度裂縫，即混凝土在硬化期間水泥水化過程中釋放的水化熱所產生的溫度變化和混凝土收縮，以及外界約束條件的共同作用產生溫度應力和收縮應力，而引起混凝土結構出現裂縫。

在冬季進行大體積混凝土的施工，環(huán)境溫度較低，而混凝土在經攪拌后溫度通常較高，外界氣溫變化大，極易因內外溫差過大出現溫度裂縫。3種裂縫產生原因：①水化熱產生的裂縫；②內外溫差產生裂縫；③約束條件產生裂縫。

樞紐主樓大體積混凝土筏板基礎在冬季施工中主要從以上3個方面對裂縫產生的原因進行了控制。

3 控制裂縫的技術措施

3.1 減少外部約束條件

樞紐主體樓地基土為粉質黏土，約束很小，實際施工過程中，我們對墊層混凝土采用分塊（8m×8m）澆筑的方法，塊與塊中間設置聚苯板分隔條，進一步降低地基對基礎的約束。避免基礎混凝土下部因為約束過大而產生不易察覺的裂縫。

3.2 控制原材料及配比

為滿足大體積混凝土控制水泥水化熱和冬季施工的雙重要求，在保證強度的前提下盡量減少水泥用量?；炷两M成材料的種類及摻量選擇如下：

1）理論上應優(yōu)先選用低水化熱的礦渣水泥，但考慮到抗凍性要求，該工程選用了P.O42.5水泥。

2）控制粗細骨料質量：選用5～25連續(xù)級配的碎石，含泥量不超過1%；選用細度模數在2.5左右的中砂，含泥量不超過1%。

3）摻用2種外加劑和2種摻合料：摻用AN4000聚羧酸系高效減水劑（防凍型），減水率達到32%；摻用膨脹劑UEA，補償混凝土收縮；摻用Ⅱ級粉煤灰，降低水泥用量、降低水化熱；摻用S95礦渣粉，降低水化熱。通過摻用外加劑和摻合料，有效地減少了水泥用量，與基準相比，可延緩凝結時間8～10h。

4）優(yōu)化混凝土配合比：經試驗室多組試配比較，確定該基礎混凝土配合比。

5）混凝土抗裂驗算

以最不利的第4段為驗算對象，根據以往冬季施工經驗，入模溫度要求控制在15℃左右，相關數據查閱《簡明施工計算手冊》，計算過程如下：

①混凝土水化熱絕熱升溫計算：

T（t）=WQ（1-e-mt）/cρ，（4）

式中：T（t）為混凝土澆筑后某一時間t的絕熱溫升值，℃；W為每1m3混凝土的水泥用量，kg/m3，該工程為275kg/m3；Q為每1kg水泥的水化熱，kJ/kg，該工程為335kJ/kg；c為混凝土的比熱，取0.96kJ/（kg℃）；ρ為混凝土的質量密度，取2400kg/m3；m為與水泥品種、溫度有關的振搗時水化熱速度系數，取0.42。

②混凝土內部中心溫度計算

Tmax（t）=Tj+T（t）ξ，（5）

式中：Tmax（t）為不同齡期時混凝土內部中心最高溫度；Tj為混凝土入模溫度，該工程為15℃；T（t）為混凝土澆筑后某一時間的絕熱溫升值，℃；ξ為混凝土不同齡期的升溫系數，第10d為0.18，第11d為0.15。

③溫度應力驗算：

以4段為例，該計算段H/L=1900/38000=0.05<0.2，符合計算假定要求。由收縮引起的最大溫度拉應力計算公式為：

σmax=EαT[1-1/cosh（β×L/2）]S，（6）

式中：σmax為收縮引起的最大溫度拉應力，N/mm2；E為混凝土一定齡期時的彈性模量，N/mm2；計算得19748。α為混凝土的線膨脹系數，1.0×10-5℃；T為結構計算溫度，℃；S為應力松弛系數，按第11d取S=0.46；L為結構長度，該計算段為38000mm；β為與底板厚度及地基水平阻力有關的系數，β=（CX/HE）-2，其中，CX為阻力系數，該工程地基土為C10混凝土，取值0.8N/mm3；H為結構厚度，該計算段為1900mm，β=[0.8/（7454×1900）]-2=2.38×10-4。

σmax=19748×1.0×10-5×1.18[1-1/cosh（2.38×10-4×38000/2）]×0.46=0.105N/mm2。

由計算結果可以推斷出，混凝土在第10d到11d由于水化熱溫度產生的溫度應力遠遠小于混凝土第10d的抗拉強度，在隨后的混凝土齡期內，隨著內部升溫的逐漸減弱，抗拉強度的逐漸增加，將更不易出現裂縫。故在該配比情況下，混凝土不會因為水化熱引起的溫度應力而使結構開裂。

3.3 選擇混凝土澆筑方法

通過永久變形縫和后澆帶的劃分，基礎共分為14段，根據各段不同的厚度，施工中確定了不同的澆筑方式。

實際施工中采用隔倉施工，為消除施工冷縫，要求混凝土拌合物初凝時間要大于10h，混凝土澆灌的每批覆蓋時間控制在6h以內，每個澆筑面配備12臺6m3混凝土攪拌運輸車和2臺混凝土泵（汽車式），要求每臺泵的泵灌量為24m3/h，每臺泵的澆筑范圍內配備4個振搗棒進行振搗，施工員、質檢員各1名進行監(jiān)督；控制入模溫度在15℃以下。要求泵管配備串筒，以防止混凝土離析。配備操作工在澆筑部位完成2～3h后對表面進行2次趕光壓平，3、4、5段做到“三壓三平”，且及時覆蓋保溫材料。

3.4 依據測溫監(jiān)控指導養(yǎng)護

1）養(yǎng)護方法。養(yǎng)護采用覆蓋保溫的方法，用1層塑料布和2層阻燃草簾覆蓋保溫。根據同類工程的經驗，此種覆蓋保溫養(yǎng)護方法可相當于2m厚混凝土的等效厚度，從而使混凝土表面溫度與大氣溫度相差20～25℃。這種保溫方法既可以減少混凝土表面熱量擴散，降低混凝土表面的溫度梯度，防止產生表面裂縫；又可以延長混凝土散熱時間，充分發(fā)揮混凝土強度潛力和徐變特性，使溫差對于混凝土產生的拉應力小于混凝土工程的抗拉強度，防止產生貫穿性裂縫。

2）測溫監(jiān)控。此處論述的測溫監(jiān)控僅為對混凝土內的溫度測試。現場溫度監(jiān)測采用電子溫度數據采集裝置，其中在第5段共埋設60個測溫點，埋深L=950mm的用于測量地梁中心位置的溫度，埋深L=100mm的用于測量混凝土表面溫度，埋深L=1800mm的用于測量混凝土底部的溫度?；炷翝仓竺扛?h測量1次，澆筑后從第4～7d每隔4h測量1次，在每次測溫的同時測大氣溫度。

3）利用測溫監(jiān)測數據指導養(yǎng)護工作實例。在第3段混凝土澆筑完成3d后，通過測溫數據發(fā)現3L13點處表面溫度從15.423℃在4h內降到5.121℃。經過現場核查，發(fā)現此處梁側的阻燃草簾被風刮走，現場及時采取了措施。重新覆蓋后，監(jiān)測數據恢復了正常。

4 裂縫控制的實際效果

交通樞紐主樓筏板基礎在2011年2月10日澆筑完成后，經過上級單位和行業(yè)協會的多次檢查，到目前為止未發(fā)現裂縫，達到了設計要求。

以第4段測溫情況為例，繪出混凝土中心溫度曲線圖，從圖2中可以看出，第10d和第11d的中心最高溫度略低于計算值，滿足抗裂要求。

5 結論

通過探討筏板基礎大體積混凝土施工溫度裂縫的控制工作，筆者得出以下幾點結論：①工程水泥用量得到有效控制，減少了混凝土開裂的幾率，在今后應對水泥用量進行詳細驗算，以確?；炷两Y構的強度；②針對整體基礎，應結合厚度和尺寸的不同來采取不同的混凝土澆筑方式；③養(yǎng)護過程應重視檢測數據的作用，針對性采取有效的養(yǎng)護措施，讓混凝土在較均勻降溫和濕潤的環(huán)境中逐漸增長抗拉和抗壓強度。

參考文獻：

[1] 林智.筏板基礎大體積混凝土施工溫度裂縫控制[J].城市建設理論研究.2013年第38期

[2] 馮偉.筏板基礎大體積混凝土溫度裂縫的控制[J].建筑施工.2012年第10期