對(duì)混凝土基礎(chǔ)與施工技術(shù)的探討

王紅莉

江西建工第四建筑有限責(zé)任公司

摘要：本文將根據(jù)某市電信大廈為例展開討論，首先，從施工中大體積混凝土常常出現(xiàn)與產(chǎn)生的裂縫，以至影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性；其次，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)具有不容忽視的影響。從混凝土易產(chǎn)生的裂縫原因，基礎(chǔ)質(zhì)量的技術(shù)措施溫度控制等方面來(lái)闡述，和降低混凝土約束力及保證混凝土的質(zhì)量等作出了相關(guān)的闡述與說(shuō)明，并保證了大體積混凝土的順利與正常施工。

關(guān)鍵詞：混凝土；基礎(chǔ)質(zhì)量；溫度控制

1 引 言

在我國(guó)的高層建筑、水壩、橋梁、電站等大型設(shè)備的基礎(chǔ)，常稱作大體積混凝土，但其概念目前尚未統(tǒng)一說(shuō)法，根據(jù)美國(guó)混凝土協(xié)會(huì) ACI的定義是：任何就地澆灌的大體積混凝土，其尺寸之大，必須采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂。國(guó)內(nèi)有學(xué)者認(rèn)為結(jié)構(gòu)系數(shù)M<2即為大體積混凝土。工程實(shí)踐中，一般采取控制混凝土施工中的溫度（混凝土內(nèi)外最大溫差不超過(guò)25℃）和降低混凝土的約束力來(lái)保證大體積混凝土的質(zhì)量。

2 混凝土易產(chǎn)生裂縫的原因

2.1 收縮變形作用

溫度、收縮、不均勻沉降等變形作用都可能會(huì)引起大體積混凝土開裂，混凝土在硬化早期，因其體積厚大、導(dǎo)熱不良、內(nèi)部大量水化熱不易散去，內(nèi)外有較大的溫差，引起溫度應(yīng)力，應(yīng)力一旦超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，裂縫自然產(chǎn)生。

2.2 約束作用

不收約束作用的混凝土，不易產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致其開裂，當(dāng)混凝土在收縮變形時(shí)若受到地基或其邊界原有結(jié)構(gòu)的制約，就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)引起開裂。另外混凝土溫度高、體積膨脹，外部混凝土文帝低，體積收縮，相互制約的結(jié)果是內(nèi)部混凝土受壓，外部混凝土受拉。

2.3 混凝土抗拉強(qiáng)度低

混凝土的抗拉強(qiáng)度低，一般為其抗壓強(qiáng)度的10%作用，極限拉伸也小，通常在（1～3）×10左右，大體積混凝土的變形作用受到約束時(shí)的拉應(yīng)變，或拉應(yīng)力極有可能超過(guò)混凝土的極限拉應(yīng)變（或抗拉強(qiáng)度）而開裂。

一般設(shè)計(jì)中一般要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定溫度，往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)候溫度應(yīng)力可超過(guò)其他外荷載所引起應(yīng)力，因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工尤其重要。

3 工程概況

某市中國(guó)電信大樓，由主樓和裙樓組成，裙樓4層（局部5層），主樓地下1層，地上16層，另有1層技術(shù)層。該樓采用筏式基礎(chǔ)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30抗?jié)B等級(jí)為P6，基礎(chǔ)厚度2.5m～3.0m，平面尺寸45m×33m混凝土用量約3800，屬大體積混凝土。基礎(chǔ)施工在5月中下旬進(jìn)行，氣溫較高。由于采取了有效的技術(shù)措施，成功的解決了混凝土防裂問題。

4 原材料的選用

水泥：C30大體積混凝土應(yīng)選用水化熱較低的水泥，并盡可能減少水泥用量。

細(xì)骨料：根據(jù)工程中具體情況而定。

粗骨科：在可泵送情況下，選用粒徑5～32.5連續(xù)級(jí)配石子，以減少水泥用量和混凝土收縮變形。

含泥量：在大體積混凝土中，粗細(xì)骨料的含泥量是要害問題，若骨料中含泥量偏多，不僅增加了混凝土的收縮變形，又嚴(yán)重降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度，對(duì)抗裂的危害性很大。因此骨料必須現(xiàn)場(chǎng)取樣實(shí)測(cè)，石子的含泥量控制在1%以內(nèi)，砂的含泥量控制在2%以內(nèi)。

摻合料：采用添加粉煤灰技術(shù)。項(xiàng)目部根據(jù)試驗(yàn)選定采用二級(jí)粉煤灰，在混凝土中摻用的粉煤灰不僅能夠節(jié)約水泥，降低水化熱，增加混凝土和易性，而且能夠大幅度提高混凝土后期強(qiáng)度，大大降低了混凝土前3d的水化熱。

外加劑：采用外加膨脹劑（AEA）技術(shù)。在混凝土中添加占膠凝材料8%的AEA。經(jīng)驗(yàn)證明，在混凝土添加了AEA之后，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力可以抵消一部分混凝土的收縮應(yīng)力，從而提高了混凝土抗裂強(qiáng)度和抗?jié)B性能。

5 確保泵送混凝土基礎(chǔ)質(zhì)量的技術(shù)措施

5.1 混凝土原材料優(yōu)選

水泥的品種與用量：一般大體積混凝土，應(yīng)選擇水化熱低的水泥品種，該工程選用礦渣水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5R。

由于減少水泥用量可以明顯減少水化熱降低溫升，該工程摻入了15%的Ⅱ級(jí)粉煤灰代替水泥。美國(guó)墾務(wù)局提出的絕熱溫升公式如下：

式中：——在齡期t時(shí)的絕熱溫升（℃）；

——每kg混凝土中的水泥用量（kg/）；

Q——每kg水泥的水化熱（kJ/kg）；

P——混凝土的密度（kg/）；

C——混凝土的比熱kJ/（kg.k）；

m——隨混凝土澆建筑溫度！水泥品種等而異的系數(shù)。

據(jù)上式可算得單方混凝土中水泥用量每增減10kg，絕熱條件下混凝土溫度升降1℃～2℃，考慮到粉煤灰后期強(qiáng)度和普通混凝土強(qiáng)度在28d后仍有增長(zhǎng)特點(diǎn)，在征得設(shè)計(jì)部門和業(yè)主同意后采用60d的混凝土強(qiáng)度作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，既保證了混凝土強(qiáng)度，又減少了水泥用量。

5.2 集 料

（1）砂：細(xì)度模數(shù)為M-2.9的中粗砂<3%，含泥量級(jí)配良好，不得含有粘土團(tuán)粒。

（2）石：為配合泵送，選用10～40mm卵石，針片狀<15%含泥量<1%。

5.3 外加劑

為保證P6的抗?jié)B等級(jí)指標(biāo)，混凝土摻入了UEA混凝土膨脹劑，另外加入了混凝型復(fù)合減水劑，以保證泵送混凝土的施工要求，同時(shí)也減少了水泥用量。摻入粉煤灰，不但減少水泥用量，而且可以有效抑制咸骨料反應(yīng)。

5.4 混凝土配合比的優(yōu)化

該工程全部使用商品混凝土，泵送工藝澆筑施工。根據(jù)技術(shù)要求，商品混凝土出機(jī)時(shí)間的落度為200mm以上，澆筑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)170～180mm，很好地滿足了泵送工藝。

6 溫度測(cè)控

6.1 控制混凝土的出機(jī)溫度和入模溫度

（1）集料堆場(chǎng)連續(xù)用冷水冷卻。

（2）規(guī)定合理的拆模時(shí)間、避免土表面發(fā)生急劇的溫度梯度。

（3）攪拌用水中摻入冰塊。

（4）在混凝土中預(yù)埋水管，通入冷水降溫。

（5）暴露出的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，遇寒冷季節(jié)要采用保溫措施。

（6）混凝土泵輸送管道外壁四周用多層草袋包裹并反復(fù)淋水。根據(jù)熱量平衡原理，經(jīng)計(jì)算（過(guò)程從略）混凝土出機(jī)溫度為29.3℃實(shí)測(cè)平均為30.1℃運(yùn)至工地入模溫度30.4℃。

6.2 提高混凝土面層溫度

混凝土全部澆筑完畢后，采取蓄水法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。水深20cm，上覆塑料薄膜，混凝土內(nèi)部分水化熱不斷地向表面?zhèn)鬟f，及太陽(yáng)輻射作用，養(yǎng)護(hù)水溫度慢慢升高。假設(shè)混凝土在水中低溫養(yǎng)護(hù)，對(duì)混凝土的養(yǎng)生特別有利，又利于保證混凝土的質(zhì)量防止開裂。水價(jià)低廉，經(jīng)濟(jì)效果明顯。

6.3 降低混凝土內(nèi)部溫度

（1）結(jié)構(gòu)混凝土中放入（分散均勻）150～200mm的塊石約100m2，以降低水化熱溫度，穩(wěn)定體積，減少收縮，節(jié)約混凝土。大石表面應(yīng)無(wú)浮塵fcu≥60MPa。

（2）混凝土內(nèi)部布置循環(huán)冷卻水管，讓循環(huán)水吸收混凝土內(nèi)部水化熱，以降低溫度。

（3）如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大，混凝土冷卻時(shí)表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。

6.4 溫度測(cè)定

（1）測(cè)溫范圍，混凝土內(nèi)部布置近30個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)溫，混凝土上表面測(cè)溫，即水溫混凝土四周的模板外草袋內(nèi)溫度，大氣溫度。

（2）測(cè)溫儀器，混凝土內(nèi)部用熱敏電阻溫度傳感器，其它位置用水銀溫度計(jì)。

（3）測(cè)溫頻率：混凝土澆筑3h后開始連續(xù)進(jìn)行，第1～7d每2h測(cè)溫1次，第8～9d每6h測(cè)1次，第10～15d每12h測(cè)1次。

6.5 溫度計(jì)算

綜合上述措施，通過(guò)熱平衡計(jì)算（過(guò)程從略）預(yù)測(cè)的溫差△t計(jì)算如下：

（1）絕熱溫升30.1℃；

（2）施工時(shí)混凝土的入模溫度30.4℃；

（3）預(yù)計(jì)混凝土內(nèi)部中心最高溫度30.1℃+30.4=60.5℃；

（4）通過(guò)蓄水法保溫，混凝土表面溫度（水溫）為30℃～34℃平均為32.8℃

（5）由于投入毛石，可降低混凝土中心溫度約4.0℃；

（6）由于采用循環(huán)水冷卻，可降低混凝土中心溫度約5.0℃；

（7）混凝土內(nèi)外實(shí)際溫差△t=60.5℃-32.8℃-4.0℃-5.0℃=18.7℃。考慮施工中的不利因素，乘以系數(shù)1.3則18.7℃×1.3=24.3℃，不超過(guò)25℃；

（8）測(cè)試表明溫升正常，混凝土內(nèi)部最高溫升值發(fā)生在混凝土澆筑后5d內(nèi)平均實(shí)測(cè)最高溫度為54.1℃，混凝土表面溫度32.8℃，混凝土內(nèi)外溫差小于25℃。

經(jīng)前期溫度測(cè)量試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)，溫度監(jiān)測(cè)采用預(yù)防溫度管并通過(guò)專用溫度計(jì)自行測(cè)量，通過(guò)修正后完全能達(dá)到電子測(cè)溫要求，能夠真實(shí)的反應(yīng)混凝土的內(nèi)部實(shí)際溫度值。

因此，改善混凝土的性能，控制混凝土的出機(jī)溫度和入模溫度，提高混凝土面層溫度，提高抗裂能力，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質(zhì)量防止裂縫是十分重要，應(yīng)該特別注意避免產(chǎn)生貫穿裂縫，出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的，因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。

7 其它技術(shù)措施

（1）澆筑方法采用斜面分層法。

（2）由于加入了緩凝劑，混凝土初凝時(shí)間為6h上下層混凝土澆筑時(shí)間間隔，控制在2～3h左右。

（3）實(shí)施二次振搗?？刂苹炷帘貌剂虾穸龋艺駬v上層混凝土?xí)r振動(dòng)棒插入下層混凝土表面50cm以上，以利于散熱和保持混凝土的整體性。

（4）排除混凝土表面的泌水。當(dāng)混凝土澆筑接近基礎(chǔ)端部處時(shí)，改由端部向中間澆筑的以形成坡度，使混凝土表面的泌水和浮漿匯聚，經(jīng)模板預(yù)留孔流出，再次匯聚后用水泵排除。

（5）凡結(jié)構(gòu)暴露表面均多次壓實(shí)抹光。拆模：拆模不可過(guò)早，以避免混凝土基礎(chǔ)側(cè)面溫度變化過(guò)快，溫度梯度過(guò)陡，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度較低，極限拉伸小，易形成裂縫。施工中應(yīng)注意拆模時(shí)間的選擇。由于方法得當(dāng)，加上措施有力，施工前周密部署，施工中嚴(yán)格管理，該混凝土基礎(chǔ)沒有出現(xiàn)裂縫，既滿足了業(yè)主的要求，又總結(jié)了泵送混凝土施工的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（6）施工中應(yīng)注意的問題

①大體積混凝土澆筑不應(yīng)留冷縫，保證澆筑的交接時(shí)間，應(yīng)控制在初凝前；

②保證振搗密實(shí)，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，移動(dòng)距離和插入深度，嚴(yán)防漏振及過(guò)振；

③及時(shí)發(fā)出溫控警報(bào)，做好覆蓋保溫及保濕工作，但覆蓋層也不應(yīng)過(guò)熱，必要時(shí)應(yīng)解開保溫層，以利于散熱；

④夜間溫度較低，因此應(yīng)加強(qiáng)夜間混凝土溫度的監(jiān)測(cè)工作和養(yǎng)護(hù)工作，確保大體積混凝土內(nèi)部梯度；

⑤保證混凝土供應(yīng)，連續(xù)澆搗，確保不留冷縫；