大體積混凝土溫度場(chǎng)及裂縫控制

羅 強(qiáng)，高芳勝

（深圳市安托山混凝土有限公司，廣東深圳518040）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)的過(guò)程中，大體積混凝土的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)（GB 50496—2018）》定義混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸不小于1m，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土為大體積混凝土。水泥在水化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，在大體積混凝土內(nèi)外部散熱能力不一，會(huì)導(dǎo)致溫度差從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使得形成溫度裂縫。大體積混凝土施工中，溫度是核心指標(biāo)之一?，F(xiàn)有研究普遍認(rèn)為：大體積混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生的水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差超過(guò)25℃會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，而單一的指標(biāo)往往不能夠全面的反應(yīng)結(jié)構(gòu)中的溫度變化。本文基于安托山總部大廈工程實(shí)例，對(duì)混凝土內(nèi)溫度變化進(jìn)行多維度分析，并從施工角度對(duì)混凝土澆筑后如何降低水化熱提出幾點(diǎn)方法，從而對(duì)裂縫控制目的進(jìn)行研究。

1 工程概況

安托山總部大廈項(xiàng)目位于深圳市福田區(qū)，香蜜湖街道北環(huán)路南安托山園區(qū)。場(chǎng)地北側(cè)為安托山投資有限公司辦公樓，西側(cè)為安托山混凝土有限公司，南側(cè)臨近萬(wàn)科臻山府項(xiàng)目，東側(cè)臨近安托山六路，交通較為便利。項(xiàng)目建筑用地面積18086.83m2，總建筑面積約179090.48m2，地塊呈長(zhǎng)方形，南北方向?qū)捈s為74m，東西方向長(zhǎng)約為245m，共計(jì)三棟高層建筑。其中：一類(lèi)高層研發(fā)大樓A座地上39層，高度190.7m；B座一類(lèi)高層宿舍，地上33層，高度118.25m；C座一類(lèi)高層綜合樓，地上21層，高度97.5m；地下一至四層為停車(chē)庫(kù)及設(shè)備用房，設(shè)計(jì)使用年限50年。地下室建筑面積為46782.53m2，結(jié)構(gòu)為四層，層高分別為3.8m、4.4m、4.8m、6.05m，塔樓范圍內(nèi)底板厚度為1500mm和1100mm，人防及非人防底板厚度為900mm，最小承臺(tái)尺寸為2.8m×2.8m×1.6m，最大承臺(tái)尺寸為44.4m×9.4m×5.8m。本工程底板結(jié)構(gòu)采用高性能混凝土，施工時(shí)間為2018年4—5月。

2 控制措施

2.1 溫度監(jiān)測(cè)控制

通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)，掌握天氣變化規(guī)律、原材料溫度情況、混凝土出機(jī)口溫度、混凝土澆筑溫度、澆筑塊內(nèi)部溫度變化等，并分析隨時(shí)調(diào)整溫度控制措施。①施工現(xiàn)場(chǎng)值班室設(shè)置水銀溫度計(jì)進(jìn)行日常氣溫觀測(cè)，并隨時(shí)做好記錄；②項(xiàng)目部質(zhì)檢部、試驗(yàn)室在混凝土澆筑前采用溫度計(jì)及時(shí)對(duì)混凝土原材料及混凝土出機(jī)口溫度進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，并做好記錄，依此調(diào)整溫控措施；③混凝土澆筑每4h檢測(cè)一次出機(jī)口溫度，入模溫度測(cè)量，每臺(tái)班不應(yīng)少于2次；④對(duì)于敷設(shè)冷卻水管的底板，測(cè)試澆筑體里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度，每晝夜不應(yīng)少于4次；⑤大體積混凝土澆筑體內(nèi)溫度檢測(cè)點(diǎn)布置采用埋設(shè)測(cè)溫線，通過(guò)電子測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量，具體布置方式如下：每100m2倉(cāng)面面積不少于1個(gè)測(cè)點(diǎn)，沿混凝土澆筑體厚度方向按表層、底層和中心溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布置，共3個(gè)點(diǎn)，則底板共布置15個(gè)測(cè)溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其次，混凝土澆筑體表層溫度測(cè)點(diǎn)宜埋設(shè)在冷卻水管與混凝土上表面1/2處。再次，混凝土澆筑體底層溫度宜在混凝土澆筑體底面以上與冷卻水管距離1/2處。最后，混凝土澆筑體中心溫度測(cè)點(diǎn)宜在混凝土澆筑體中心冷卻水管左側(cè)10cm處。

2.2 施工階段

①施工人員需要對(duì)混凝土各個(gè)階段的溫度進(jìn)行控制?；炷吝M(jìn)入澆筑模板之前的溫度應(yīng)該控制在5～30℃，該階段混凝土的溫升值應(yīng)小于50℃?；炷翝仓w完全凝固之前內(nèi)部和外部的溫度差距最大不能超過(guò)25℃，即混凝土表面溫度和中心溫度之間的差距?；炷寥战禍厮俣炔荒艹^(guò)2℃，當(dāng)混凝土保溫覆蓋膜拆除后混凝土溫度與外界溫度之間的差距不能超過(guò)20℃；②混凝土攪拌站需要對(duì)水泥、骨料、外加劑、摻合料的選擇進(jìn)行控制，保證混凝土配合比達(dá)到最佳。選擇水泥時(shí)應(yīng)注重其性能，為了降低水化熱和凝結(jié)時(shí)間的影響，應(yīng)該選擇水化熱低、凝聚時(shí)間長(zhǎng)且強(qiáng)度性能符合要求的水泥，常見(jiàn)的水泥材料類(lèi)型為硅酸鹽水泥。骨料應(yīng)該盡量選擇非堿活性的粗骨料和細(xì)骨料，粗骨料應(yīng)該保證粒徑大小合適且含泥量符合要求，粒徑合適則能夠降低混凝土的絕熱溫升，含泥量合適是為了保證混凝土性能符合要求；細(xì)骨料應(yīng)該選擇粒徑小于4.75mm的砂，一般來(lái)說(shuō)細(xì)骨料應(yīng)該選擇細(xì)度模數(shù)在2.3～3.0mm且含泥量小于3%的中砂，這樣才能降低大體積混凝土水化熱產(chǎn)生溫度裂縫的概率。添加外加劑的目的是減少混凝土材料用量、降低混凝土施工成本以及降低混凝土的水化熱，因此混凝土外加劑的選擇應(yīng)該按照減水劑、膨脹劑、泵送劑進(jìn)行劃分，外加劑的類(lèi)型選擇應(yīng)該從目的出發(fā)。添加摻合料的目的是降低混凝土水泥的用量，水泥用量越多越不容易對(duì)混凝土溫度進(jìn)行控制。摻合料主要有煤粉灰和?；郀t礦渣粉兩種類(lèi)型，煤粉灰的使用可以減少10%左右的水泥用量，從而降低大體積混凝土的水化熱，而?；郀t礦渣粉通過(guò)減少混凝土的沁水量，同樣可以達(dá)到降低大體積混凝土水化熱的目的，因此摻合料的適當(dāng)使用可以起到抗裂防治的作用；③大體積混凝土澆筑過(guò)程中需要控制內(nèi)部和外部的溫度差距，因此最好選擇分層澆筑或者跳倉(cāng)澆筑的方法，使混凝土未終凝時(shí)內(nèi)部應(yīng)力可以釋放出來(lái)，不容易因約束或者應(yīng)力而產(chǎn)生溫度裂縫?；炷练謮K澆筑的方法可以減少每個(gè)澆筑段的蓄熱量，這樣由于水化熱引發(fā)溫度裂縫的概率也會(huì)明顯降低。除此之外，澆筑混凝土?xí)r還應(yīng)該對(duì)特殊天氣進(jìn)行預(yù)防，防止溫度、風(fēng)、雨雪對(duì)混凝土的性能造成影響。夏季和冬季溫差大，在混凝土澆筑過(guò)程中必須做好保溫和保濕措施，這兩個(gè)季節(jié)的混凝土澆筑難度過(guò)大；雨雪天氣應(yīng)該使用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋，防止雨水直接沖刷未完成凝結(jié)的混凝土?；炷翝仓^(guò)程中還需要進(jìn)行振動(dòng)，但是不能過(guò)度振搗或者漏振，防止因混凝土沁水而產(chǎn)生收縮裂縫。為了控制混凝土內(nèi)外溫度差距，可以適當(dāng)延緩混凝土模板拆卸的時(shí)間，從而降低溫度裂縫產(chǎn)生的概率。

2.3 底板跳倉(cāng)法施工

本工程地下室施工階段采用跳倉(cāng)法取消傳統(tǒng)的施工后澆帶。跳倉(cāng)法原理：采用“抗放兼施”“先放后抗”，最后以“抗”為主的綜合方法來(lái)控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。也就是在超長(zhǎng)超大混凝土結(jié)構(gòu)工程的施工中，利用混凝土在5~10d期間的性能尚未穩(wěn)定并且沒(méi)有徹底凝固前容易將內(nèi)應(yīng)力釋放出來(lái)的原理，將超長(zhǎng)的混凝土塊體用垂直施工縫分為若干區(qū)域，按照“分塊規(guī)劃、隔塊施工、分層澆筑、整體成型”的施工原則，每隔一段澆筑一段，并且相鄰兩段澆筑間隔時(shí)間不少于7d，以此來(lái)避免混凝土施工初期的部分激烈溫差及干縮作用。

2.4 提高混凝土攪拌質(zhì)量，改善混凝土性能

①?lài)?yán)格控制混凝土出機(jī)的溫度?；炷林械氖訙囟纫约八疁貙?duì)其影響甚大，為了能更好地控制其出機(jī)溫度，砂石骨料進(jìn)行全封閉覆蓋，避免太陽(yáng)直曬，并及時(shí)用水沖洗降溫；②對(duì)輸送管進(jìn)行覆蓋并噴灑冷水降溫，對(duì)水箱及水管加蓋遮陽(yáng)隔熱設(shè)施；③改進(jìn)攪拌工藝。采用裹砂法進(jìn)行攪拌，即先把水、水泥和砂拌和，再投入石子進(jìn)行攪拌，減少泌水現(xiàn)象的產(chǎn)生，降低混凝土上下層的強(qiáng)度差。

2.5 特殊溫度裂縫抗裂防治措施

①薄壁冷水循環(huán)系統(tǒng)。大體積混凝土利用冷卻水管和熱傳遞效應(yīng)將混凝土中的熱量傳遞到冷卻水系統(tǒng)中，降低了混凝土內(nèi)部的熱量，對(duì)防止水化熱產(chǎn)生溫度裂縫具有明顯效果。薄壁冷卻水循環(huán)系統(tǒng)主要包括蒸發(fā)器、冷凝器、冷水泵、薄壁冷卻水管、冷卻塔、冷卻水泵、溫度傳感器、緩沖水箱等設(shè)備，通過(guò)溫度反饋系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)完成對(duì)混凝土溫度的控制；②預(yù)冷拌和水和骨料。大體積混凝土同樣可以使用預(yù)冷拌和水和骨料對(duì)進(jìn)入混凝土模型的溫度進(jìn)行控制，預(yù)冷拌和水通常使用地下水或者制冷機(jī)冷卻水。在骨料與混凝土拌和之前先使用冷水沖刷骨料，然后在拌和過(guò)程中摻入冰屑，最后通過(guò)遮陽(yáng)棚和濕麻袋對(duì)骨料降溫，即可達(dá)到降低混凝土水熱化的目的，從而控制溫度裂縫的產(chǎn)生；③液氮冷卻。液氮冷卻需要通過(guò)管道傳輸?shù)姆绞阶尰炷僚c液氮充分接觸，據(jù)測(cè)試液氮可以將混凝土進(jìn)入澆筑模板之前的溫度控制在25～30℃。該種方法雖然不會(huì)降低混凝土的性能，也不會(huì)造成額外的污染，但操作起來(lái)難度較大；④補(bǔ)水軟管。養(yǎng)護(hù)人員可以先在混凝土表面設(shè)置軟管，然后在保溫材料和軟管之間多設(shè)置一層塑料薄膜或麻袋片，最后在覆蓋塑料薄膜和混凝土表面之間灑水，這樣可以提高混凝土的養(yǎng)護(hù)效果，降低溫度裂縫產(chǎn)生的概率。

3 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土的溫度控制是裂縫控制的關(guān)鍵一環(huán)，通過(guò)對(duì)具體大體積混凝土工程實(shí)例澆筑后溫度變化情況的研究，確定了大體積混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑后極易產(chǎn)生裂縫的原因，并據(jù)此提出了可行的裂縫控制措施。