大體積混凝土施工的養(yǎng)護(hù)措施及溫度控制

馬 樂，符耀東，雷元新

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院土木工程系，廣東佛山528000）

大體積混凝土施工的養(yǎng)護(hù)措施及溫度控制

馬 樂，符耀東，雷元新*

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院土木工程系，廣東佛山528000）

以某廣場(chǎng)地下室大體積混凝土底板、承臺(tái)澆筑施工為研究對(duì)象，對(duì)其混凝土施工過程中的溫度變化進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，并根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的成因理論，對(duì)大體積混凝土底板進(jìn)行了溫控指標(biāo)的計(jì)算。通過對(duì)混凝土溫度監(jiān)測(cè)值與理論計(jì)算值的對(duì)比、分析，均表明只用薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)不能滿足大體積混凝土不裂的質(zhì)量要求，應(yīng)按測(cè)溫指引即時(shí)調(diào)整保溫覆蓋措施，實(shí)施精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，才能收到良好成效。

大體積混凝土；保溫養(yǎng)護(hù)；溫度控制；溫度應(yīng)力

隨著我國(guó)建筑業(yè)的飛速發(fā)展，大體積混凝土構(gòu)件大量出現(xiàn)在地下工程和高層建筑工程中。然而，在施工過程中，大體積混凝土?xí)驗(yàn)樗嗟乃療?，以及振搗不勻、拌和水析出、流排不夠等影響，使混凝土內(nèi)、外部出現(xiàn)較大的溫度應(yīng)力差，混凝土受約束收縮，情況嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致有害裂縫的產(chǎn)生，破壞結(jié)構(gòu)的工作性能［1］。為避免混凝土這種過大的收縮及溫度應(yīng)力給大體積混凝土質(zhì)量帶來的影響，除應(yīng)優(yōu)選混凝土材料、優(yōu)化配合比和混凝土澆筑施工的工藝方法外，重點(diǎn)還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)大體積混凝土施工進(jìn)行溫度監(jiān)控并科學(xué)養(yǎng)護(hù)。

1　工程概況

佛山某廣場(chǎng)項(xiàng)目，主樓54層，設(shè)有4層裙樓，3層地下室，總建筑面積523 737.89 m2。該工程地下室結(jié)構(gòu)為人工挖孔樁+大體積承臺(tái)+1 m厚底板，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí)為P8，承臺(tái)為異型承臺(tái)，最大厚度達(dá)6.14 m。本工程地下室分21個(gè)施工塊，最小塊的施工面積為1 160 m2。底板配筋：22@150雙層雙向拉通，拉筋Φ8@450×450。整個(gè)地下室采用泵送混凝土施工，底板及承臺(tái)施工劃分如圖1所示。

圖1　地下室底板及承臺(tái)施工分區(qū)圖

2　大體積混凝施工技術(shù)措施

一般而言，預(yù)防和控制大體積混凝裂縫的出現(xiàn)，首先應(yīng)從混凝土的六組份優(yōu)化、配合比的定性設(shè)計(jì)、攪制、輸送、泵送入模溫度及符合體積特征澆筑方法等方面，采取管控技術(shù)措施，把好材料和澆筑施工關(guān)，再就是要根據(jù)大體積混凝土的特性，做好溫度監(jiān)測(cè)，精心、精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，防控裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展［2］。

2.1混凝土原材料及配合比

在保證強(qiáng)度的前提下采用較低水化熱的水泥［3］。本工程在保證混凝土強(qiáng)度（C40）、抗?jié)B性（P8）和坍落度（140 mm±30 mm）的前提下，實(shí)際的水泥使用量為325 kg/m3，摻加總膠凝材料用量1.6%的CSP-9（高效緩凝減水劑）和63 kg/m3的二級(jí)粉煤灰。既滿足了混凝土的水泥使用量不少于300 kg/m3的基本要求，又改善了混凝土的工作性能。與同強(qiáng)度配合比相比較，節(jié)省水泥，按水泥用量每減少10 kg/m3絕熱溫度下降1℃計(jì)，相應(yīng)降低溫度10℃，可較大幅度地減少溫度應(yīng)力，還提高了混凝土的抗?jié)B性和抗裂性。水泥采用普通硅酸鹽水泥42.5 R（3 d水化熱270 kJ/kg，7 d水化熱300 kJ/kg），且用于攪拌水泥應(yīng)存放1周以上，以降低材料的初始溫度。

在粗、細(xì)骨料的使用上，貫徹“精料”意識(shí)。選用5～25.0 mm良好級(jí)配的花崗巖碎石，要求針片狀少，含泥量控制在0.6%，選用細(xì)度模數(shù)為2.6的粗河砂，含泥量控制在0.6%，降低混凝土的干縮程度。

混凝土單方原材料用量為：水泥325 kg/m3，粉煤灰63 kg/m3，膨脹劑34 kg/m3，河砂701 kg/m3，碎石1 102 kg/m3，水156 kg/m3，外加劑8.8 kg/m3?；炷脸鰴C(jī)溫度為29.0℃。

2.2混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

該工程地下室底板及承臺(tái)在施工工藝上采用二次收光和蓄熱保濕的養(yǎng)護(hù)方法。底板及承臺(tái)混凝土的澆筑按混凝土自然流淌坡度、一次到頂?shù)姆椒ㄟM(jìn)行澆筑。在混凝土澆筑到設(shè)計(jì)高程時(shí)，用刮尺進(jìn)行初步刮平，待混凝土初凝時(shí)用打磨機(jī)二次打磨后抹光，并用塑料薄膜進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

3　底板混凝土溫度監(jiān)測(cè)

3.1溫控指標(biāo)

本工程采用熱電偶檢測(cè)混凝土不同區(qū)域的溫度，隨時(shí)掌握混凝土的溫度變化，并實(shí)施相應(yīng)的溫控措施。根據(jù)GB 50496-2009《大體積混凝土施工規(guī)范》，本工程將地下室混凝土的里表溫差≤25℃、混凝土的降溫速率≤2.0℃/d、混凝土的表面與大氣溫度差≤20℃作為溫控指標(biāo)。

3.2測(cè)溫點(diǎn)布控

為了全面地掌握底板內(nèi)部溫度變化情況，本工程采用對(duì)稱法進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布控。取A3施工段的地下室底板為例，底板為57×20×1 m的長(zhǎng)方體，共布設(shè)6處24個(gè)測(cè)點(diǎn)，選用Φ14鋼筋作為測(cè)點(diǎn)布設(shè)的豎向定位桿，避免測(cè)溫探頭與鋼筋接觸。

3.3測(cè)溫時(shí)間及頻次

從混凝土入模澆筑完后開始測(cè)溫，監(jiān)測(cè)時(shí)間安排為第1日到第3日為1次/2 h，第4日至第8日為1次/4 h；第9日到14日為1次/8 h；第15日～32日為1次/d。根據(jù)事先確定的溫控指標(biāo)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工作。

3.4溫度監(jiān)測(cè)報(bào)表

將各測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)匯總成混凝土溫度數(shù)據(jù)表，并繪制底板及承臺(tái)混凝土內(nèi)外溫差的變化曲線。A3施工段底板混凝土1、3號(hào)點(diǎn)的內(nèi)外溫差變化如圖2、3所示。

由圖2、3可知，底板混凝土澆筑完后8～14 h時(shí)間段，底板混凝土早期水化熱釋放的熱量使混凝土內(nèi)部的溫度急劇上升，最高溫度73.3℃，內(nèi)外最大溫差37.3℃，混凝土澆筑體的最大降溫速率為5.3℃/d。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)該施工段的底板產(chǎn)生了數(shù)條長(zhǎng)裂縫和多個(gè)龜裂狀裂縫。通過緊急增加保溫蓄熱措施，裂縫發(fā)展情況得到了遏制。

圖2　A3-01號(hào)點(diǎn)內(nèi)外溫差變化曲線

圖3　A3-03號(hào)點(diǎn)內(nèi)外溫差變化曲線

4　底板熱工計(jì)算

4.1混凝土絕熱升溫值

4.1.1混凝土比熱c

由文獻(xiàn)［4］查得常溫29℃時(shí)混凝土各成分比熱是：水4.187 kJ/（kg·℃），水泥0.514 kJ/（kg·℃），河砂0.732 kJ/（kg·℃），碎石0.710 kJ/（kg·℃），上述比熱值一般偏低，計(jì)算時(shí)可乘以修正系數(shù)1.05。

根據(jù)混凝土各成分的重量百分比，根據(jù)單方混凝土原材料用量，可得c=0.97 kJ/（kg·℃）。

4.1.2混凝土內(nèi)部的絕熱升溫值θ0

1）水泥的水化熱根據(jù)下式計(jì)算［5］

式（1）中，Q3和Q7分別為水泥在第3天和第7天的水化熱，采用42.5R普通硅酸鹽水泥Q3=270kJ/kg，Q7=300 kJ/kg，計(jì)算得Q0=327.27 kJ/kg。

2）混凝土的絕熱升溫值根據(jù)水泥水化熱估算如下［4］

式（2）中，W—水泥用量；c—混凝土比熱；ρ—混凝土密度；F—混合料用量；k—折減系數(shù)，對(duì)于粉煤灰，取k=0.25。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入求得絕熱升溫θ0=48.10℃

4.2混凝土內(nèi)部實(shí)際最高溫度Tmax

式（3）中，Tj—入模溫度，經(jīng)檢測(cè)取32.4℃；τ—散熱系數(shù)，按文獻(xiàn)［5］，取τ=0.36，求得Tmax=49.72℃。

4.3混凝土表面溫度

4.3.1保溫層的傳熱系數(shù)β

式（4）中，δi—薄膜保溫厚度，取0.1 mm；λi—薄膜導(dǎo)熱系數(shù)，取0.11 W/（m·k）；βq—空氣層傳熱系數(shù)，取23 W/（m2·k），求得β=22.5。

4.3.2混凝土的虛鋪厚度

式（5）中，λ—混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33 W/（m·K）；k—折減系數(shù)，取0.667。求得混凝土的虛鋪厚度h'=0.069 m。

4.3.3混凝土的計(jì)算厚度

式（6）中，h為混凝土底板厚為1 m，得H=1.138 m。

4.3.4混凝土的表面溫度

經(jīng)測(cè)得，大氣平均溫度Tq=32.0℃，于是

混凝土中心最高溫度Tmax與表面溫度Tb（τ）之差Tmax-Tb（τ）=13.68℃，混凝土表面溫度Tb（τ）與大氣溫度Tq之差Tb（τ）-Tq=4.04℃。

底板混凝土的中心最高溫度Tmax與表面溫度Tb（τ）之差為13.68℃，小于25℃，符合規(guī)范要求；底板混凝土表面溫度Tb（τ）與大氣溫度Tq之差為4.04℃，亦小于20℃，符合規(guī)范要求。

5　結(jié)果分析及措施優(yōu)化

5.1結(jié)果分析

經(jīng)實(shí)際的溫度監(jiān)測(cè)與裂縫的變形觀測(cè)，底板混凝土的中心最高溫度T'max與表面溫度T'b（τ）的最大差為37.3℃，底板混凝土表面溫度T'b（τ）與大氣溫度Tq的最大溫差為19.8℃，底板混凝土的內(nèi)外溫差值與理論值相差很大，底板出現(xiàn)裂縫，采取薄膜養(yǎng)護(hù)措施未能達(dá)到防裂效果。

大體積混凝土的施工技術(shù)要求較高、工藝繁雜，其裂縫的成因也很多。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和理論計(jì)算的對(duì)比、分析，本工程采取的薄膜養(yǎng)護(hù)措施不能滿足混凝土不裂的要求，導(dǎo)致開裂的原因主要有以下幾個(gè)：

（1）混凝土干縮。混凝土的干縮隨水灰比的增大而增大［6］。底板混凝土澆筑時(shí)，柱墩和孔洞里存在大量積水，增大了混凝土的水灰比，使混凝土的干縮程度加大，導(dǎo)致底板混凝土表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)?shù)装寤炷脸惺艿睦瓚?yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，底板混凝土將出現(xiàn)垂直裂縫。

（2）養(yǎng)護(hù)意識(shí)缺陷。一方面，測(cè)量、放線人員在作業(yè)時(shí)，大量薄膜被掀起，養(yǎng)護(hù)人員沒有及時(shí)鋪蓋好，加快了混凝土表面與大氣溫度的熱交換速率，混凝土內(nèi)外溫差增大，混凝土內(nèi)部較大的熱脹溫度應(yīng)力，導(dǎo)致底板混凝土開裂［7］；另一方面，在混凝土內(nèi)部的溫度還沒基本穩(wěn)定時(shí)，施工人員就開始上部結(jié)構(gòu)的施工作業(yè)，忽視了混凝土的養(yǎng)護(hù)。

5.2措施優(yōu)化

5.2.1技術(shù)措施

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的比對(duì)分析，對(duì)該地下室其他施工段的混凝土施工制定了優(yōu)化措施：

1）澆搗前抽吸底板及承臺(tái)里存留的積水；

2）澆搗時(shí)采取從厚到薄、分層澆筑的方法施工，安排專門的施工管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行跟蹤指導(dǎo)，把控好澆筑的速度和方法；

3）混凝土初凝時(shí)，對(duì)其表面用打磨機(jī)二次抹光，并及時(shí)依次鋪蓋濕土工布、薄膜、干麻袋進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)；

4）安排專門的養(yǎng)護(hù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡查，確保鋪蓋養(yǎng)護(hù)材料的完好性；

5）監(jiān)測(cè)人員對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將分析的結(jié)果、意見和養(yǎng)護(hù)人員實(shí)現(xiàn)及時(shí)對(duì)接；

6）延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，重點(diǎn)把控好前7天的養(yǎng)護(hù)工作，后期作業(yè)時(shí)確保鋪蓋完好，直至混凝土內(nèi)部溫度下降到正常為止。

5.2.2優(yōu)化成果

根據(jù)優(yōu)化的養(yǎng)護(hù)措施，對(duì)B1施工段的承臺(tái)進(jìn)行了監(jiān)控、養(yǎng)護(hù)。B1施工段的承臺(tái)為八邊形變厚承臺(tái)，最厚6.14 m。

1）監(jiān)測(cè)成果。根據(jù)對(duì)稱性原則，該承臺(tái)共布設(shè)了21處148個(gè)測(cè)點(diǎn)，1、16號(hào)點(diǎn)的內(nèi)外溫差變化曲線如圖4～5所示。

圖4　B1-01號(hào)點(diǎn)內(nèi)外溫差變化曲線

圖5　B1-16號(hào)點(diǎn)內(nèi)外溫差變化曲線

從圖4～5可以看出，B1施工段承臺(tái)的中部最高溫度與表面溫度的溫度差≤25℃，承臺(tái)表面溫度與大氣溫度的最大溫差為15.6℃，小于20℃，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，該承臺(tái)養(yǎng)護(hù)效果良好，未出現(xiàn)可見裂縫。

2）理論計(jì)算。根據(jù)前面熱工計(jì)算公式，估算承臺(tái)表面溫度為43.4℃，中部最高溫度為67.5℃，承臺(tái)的內(nèi)外最大溫差、表面溫度與大氣溫度差均滿足規(guī)范要求。

3）成果分析。通過對(duì)養(yǎng)護(hù)措施的優(yōu)化，混凝土表面的熱交換率、降溫速率很小，內(nèi)外溫差得到有效控制，承臺(tái)的實(shí)際監(jiān)測(cè)值與理論計(jì)算值比較接近，承臺(tái)未出現(xiàn)可見裂縫，養(yǎng)護(hù)達(dá)到了預(yù)期效果。

6　結(jié)語

裂縫對(duì)大體積混凝土的結(jié)構(gòu)性能會(huì)造成嚴(yán)重的危害。在工程施工中，必須控制好混凝土的澆搗工作，以“監(jiān)測(cè)為主，計(jì)算為輔”的原則制定養(yǎng)護(hù)方案，并且提高大體積混凝土的溫度監(jiān)測(cè)與協(xié)同養(yǎng)護(hù)意識(shí)，通過監(jiān)測(cè)掌握溫差動(dòng)向，及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)策略，才能確保工程質(zhì)量。

［1］王濤.大體積混凝土施工裂縫分析及養(yǎng)護(hù)探討［J］.黑龍江科技信息，2015（18）：220.

［2］雷元新，李奇遜，楊虹，等.某醫(yī)療綜合樓地下室大體積混凝土施工研究［J］.南昌大學(xué)學(xué)報(bào)：工科版，2002，24（3）：75-79.

［3］欒福云，楊勝，劉亦紅.淺析大體積混凝土裂縫成因及防治措施［J］.施工技術(shù)，2015（1）：51-53.

［4］朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制［M］.2版.北京：清華大學(xué)出版社，2014.

［5］《建筑施工手冊(cè)》編委會(huì).建筑施工手冊(cè)［M］.5版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［6］姜宏，陳宜虎.水灰比過大和過小對(duì)混凝土性能的影響［J］.中國(guó)水運(yùn)，2007，7（10）：132-133.

［7］魏俊超.大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及防控措施［J］.建筑知識(shí)，2014（4）：130.

【責(zé)任編輯：周紹纓410154121@qq.com】

Maintenance measures and temperature control of mass concrete construction

MALe，F(xiàn)UYao-dong，LEI Yuan-xin*

（Department ofCivil Engineering，F(xiàn)oshan University，F(xiàn)oshan 528000，China）

This paper based on the example ofthe construction oflarge volume concrete floor and cap pouringin a square basement，the temperature changes in the concrete construction process were monitored in the field，and according to the theory of the temperature crack of the concrete structure，the temperature control index of the mass concrete base slab is calculated.Through the comparison and analysis of the temperature monitoring value and the theoretical calculation value of concrete，the results showthat the maintenance of the film cover can not meet the quality requirements of mass concrete，only by the temperature measurement guidelines to adjust the measures ofthermal insulation coatingand implement precision conservation can receive good results.

mass concrete；heatingreservingcuring；temperature control；temperature stress

TU528

A

1008-0171（2016）04-0059-06

2016-05-16

佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院土木工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)、監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展中心資助項(xiàng)目

馬 樂（1989-），男，湖南湘潭人，佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院碩士研究生。
*

雷元新（1963-），男，江西奉新人，佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院副教授。