高層建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工技術(shù)

侯旭東

(廣州市恒盛建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510540)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑物體的數(shù)量和規(guī)模在逐步增加，相應(yīng)的其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的尺寸也在不斷加大，因此，如何做好高層建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土施工技術(shù)已成為社會(huì)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。例如很多時(shí)候我們?cè)趧偼瓿苫炷恋臐仓螅蜁?huì)出現(xiàn)一些裂縫，這些裂縫是在未受到任何外界荷載作用而產(chǎn)生的，因此，深入分析混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及變形變化是非常有必要的。

混凝土施工過(guò)程中會(huì)遇到水化熱高，而產(chǎn)生一些裂縫。這是目前混凝土結(jié)構(gòu)大面積施工過(guò)程中常見的一個(gè)現(xiàn)象，也是一直以來(lái)難以解決的問(wèn)題。大體積混凝土在施工中，容易因水化反應(yīng)而使其內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱，造成其內(nèi)部不斷升溫，加之混凝土厚度大，這些溫度不易釋放出來(lái)，進(jìn)而使得其內(nèi)部溫度與外界溫度不一致，從而導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生一些裂縫。本文結(jié)合實(shí)際，研究如何在確?；炷恋膹?qiáng)度下，提出更好的控制其內(nèi)外部溫差的措施，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。

1 大體積混凝土的施工技術(shù)

1.1 大體積混凝土的定義和特點(diǎn)

大體積混凝土沒(méi)有統(tǒng)一的定義，由于各個(gè)國(guó)家的參考標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)致對(duì)其定義也存在一定的差別。根據(jù)我國(guó)國(guó)標(biāo)GB 50496—2009規(guī)定，認(rèn)為混凝土的整體結(jié)構(gòu)不小于1m的尺寸或者因其內(nèi)部膠凝材料在水化時(shí)產(chǎn)生的溫度變化和收縮導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的混凝土。

混凝土是由多種材料混合而成的，受內(nèi)外部因素影響時(shí)各材料之間表現(xiàn)出的變形變化不同。大體積混凝土具有水化熱大、施工復(fù)雜、用料多等特點(diǎn)，常用在大型建筑物的基礎(chǔ)、高程建筑的基礎(chǔ)等工程，具有耐火性好、抗壓強(qiáng)度大，但其抗拉強(qiáng)度低，其主要特征表現(xiàn)為由于水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生大量的溫度，導(dǎo)致內(nèi)外部溫度不一致，而產(chǎn)生溫度的應(yīng)力，就會(huì)在其表面產(chǎn)生一定的裂縫。

隨著大型建筑的不斷興起，也給大體積混凝土的施工帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)，眾所周知，裂縫的問(wèn)題一直是當(dāng)今社會(huì)和關(guān)注研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，裂縫的出現(xiàn)降低了混凝土自身的強(qiáng)度、承載力及使用時(shí)間。主要表現(xiàn)為。

1)由于混凝土在施工時(shí)其內(nèi)部受水化的影響，集聚大量不易散發(fā)的熱量，導(dǎo)致其內(nèi)外部溫度不一樣，會(huì)產(chǎn)生一定的溫度應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生一些裂縫。

2)高層建筑基礎(chǔ)底板大體積混凝土內(nèi)部較為復(fù)雜，其鋼筋的配置直徑大、數(shù)量多，混凝土的變形模量與其相比較小，在混凝土發(fā)生收縮變化時(shí)，在鋼筋的表面會(huì)出現(xiàn)輻射性的裂縫。

3)由于組成混凝土結(jié)構(gòu)的成分有多種，每個(gè)成分的特性又不同，所以在同樣的環(huán)境下，其發(fā)生的變化也不同，有的發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象比較明顯，有的不明顯，相互之間還會(huì)產(chǎn)生一定的約束力，進(jìn)而導(dǎo)致微裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。根據(jù)研究表明，這種微觀裂縫可分為：粘著裂縫、水泥石裂縫和骨料裂縫。這些裂縫是用肉眼很難觀察不到的。

1.2 大體積混凝土的配合比

混凝土配合比的設(shè)計(jì)不僅要根據(jù)工程的需要優(yōu)化材料配合比的各項(xiàng)參數(shù)，還要確?；炷磷陨淼膹?qiáng)度和盡可能的減少混凝土的水化熱。我們可以通過(guò)試驗(yàn)，得到適中的水化熱，進(jìn)而得到更有效的配合比。實(shí)際施工過(guò)程中，尤其是混凝土澆筑的開始階段，由于水化作用使得混凝土產(chǎn)生大量的熱，其表面散熱快，而內(nèi)部的溫度不容易散發(fā)，由于內(nèi)外部的溫差，生成的溫度力而使得表面出現(xiàn)裂縫，因此我們必須采取有效的配合比，控制大體積混凝土內(nèi)外部的溫差，降低裂縫的產(chǎn)生。

1.3 大體積混凝土施工方法

大體積混凝土施工方法主要是分層澆筑法、添加外加劑法及降溫措施法。根據(jù)施工建筑物基礎(chǔ)的特點(diǎn)，分層澆筑法又可分為：斜面分層法、分段分層法和全面分層法三類，如圖1所示。尤其是分層澆筑時(shí)，上下層的澆筑銜接一定要在下層混凝土未初凝前就要進(jìn)行上層混凝土的施工。一般分層澆筑法應(yīng)用較為廣泛。

注：1.模板；2.新澆混凝土。

2 大體積混凝土裂縫機(jī)理和控制措施

當(dāng)混凝土內(nèi)外部產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過(guò)自身的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。尤其是混凝土體積越大時(shí)，產(chǎn)生的力就越大，本文分析大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生機(jī)理，并提出一些控制措施，為今后工程提供一些借鑒。

2.1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理

混凝土裂縫的產(chǎn)生受自身的組成材料、周圍環(huán)境等因素的影響，總體來(lái)說(shuō)一是自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形變化，一是來(lái)自于外部荷載的作用。一般是自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形變化占主要的因素，本文重點(diǎn)討論混凝土結(jié)構(gòu)變化的影響。

1)水泥水化熱的影響，經(jīng)理論研究和工程實(shí)踐證明水泥在水化過(guò)程中會(huì)釋放大量的熱，這些熱量積聚在混凝土內(nèi)部很難散發(fā)出來(lái)，從而使其內(nèi)外部產(chǎn)生溫度差，這是裂縫產(chǎn)生的主要原因。水泥水化熱值如表1所示，當(dāng)水化熱值達(dá)到200～400KJ/kg，其內(nèi)部的溫度升高30～40℃。

表1 水泥水化熱熱量值

2)周圍氣溫的影響，周圍溫度的變化使得混凝土在施工過(guò)程中受到很大的影響，當(dāng)周圍氣溫降低時(shí)，混凝土表面溫度也降低，內(nèi)外部溫差過(guò)大，形成大的溫度應(yīng)力，使得其表面開裂；當(dāng)周圍溫度較高時(shí)，混凝土的溫度也隨之升高，此時(shí)內(nèi)部溫度主要受到澆筑溫度及水化熱影響，兩者疊加使得混凝土的變形越來(lái)越大。

尤其是在冬季施工時(shí)，當(dāng)外界溫度在0℃以下時(shí)，混凝土內(nèi)部的水會(huì)結(jié)成冰，其體積大約增加9%，產(chǎn)生一定的凍脹力，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，也影響混凝土和鋼筋間的粘結(jié)力，降低混凝土的強(qiáng)度。

3)混凝土的收縮變形，硬化收縮：混凝土在施工時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)和物理變化，其形成的水化物一般較水泥自身的體積較小，這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生微弱的收縮變化。

塑性收縮：混凝土施工時(shí)，其內(nèi)部的水分會(huì)蒸發(fā)，少數(shù)水分會(huì)保留下來(lái)，這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一些微裂紋；同時(shí)，其內(nèi)部也會(huì)發(fā)生水泥水化的作用，產(chǎn)生大量熱，引起水分的蒸發(fā)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮現(xiàn)象，各個(gè)組成材料間會(huì)發(fā)生沉縮變形，導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫。

干縮：當(dāng)外界空氣的濕度不足100%時(shí)，混凝土表面的水分也會(huì)蒸發(fā)，進(jìn)而產(chǎn)生干縮現(xiàn)象。干縮現(xiàn)象并不能將混凝土內(nèi)部的水分完全蒸發(fā)出去，剩下的水分將分布在混凝土的內(nèi)部空隙和氣孔中，在外界空氣壓力的作用下，產(chǎn)生內(nèi)外部壓力，形成收縮力，在這種力的作用下使得混凝土發(fā)生干裂。

2.2 大體積混凝土控制措施

以上分析我們了解了混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因，因此我們可以從兩方面入手：控制好溫度，這樣能夠降低由于混凝土內(nèi)外溫度不一樣而產(chǎn)生溫度應(yīng)力；通過(guò)改善自身的性能，進(jìn)而提高自身的抗裂能力。具體如下。

2.2.1 大體積混凝土施工技術(shù)中常用的降溫措施主要包括。

1)選用含粉煤灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等低水化熱的水泥，一般含有多種材料類型的水泥水化現(xiàn)象就越弱，因此大體積混凝土施工過(guò)程中不宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等水化程度較大的水泥。

2)進(jìn)一步調(diào)整混凝土的股粒粒徑和級(jí)配，細(xì)骨料采用中砂，而粗骨料采用連續(xù)級(jí)配。

3)混凝土澆筑后及時(shí)進(jìn)行保溫、保濕。一般要求在大體積混凝土模板拆除后就要馬上用泡沫板進(jìn)行至少28d的保溫。保溫的目的是增加混凝土表面溫度對(duì)周圍空氣溫度的變化有一定的抵抗能力，起到緩沖作用，而保溫的過(guò)程中也能保濕，有研究表明，潮濕的環(huán)境下，混凝土表面的抗裂能力比干燥養(yǎng)護(hù)時(shí)更強(qiáng)。

4)降低水泥的用量，雖然混凝土產(chǎn)生的化學(xué)變化也會(huì)對(duì)其自身有影響，但與水泥水化產(chǎn)生的熱量的影響來(lái)說(shuō)，相對(duì)較小，因此我們要在施工過(guò)程中盡可能的減少水泥的用量；添加粉煤灰和減水劑，一是降低水泥的用量，另一方面降低單位用水量。

5)冬季施工時(shí)，更容易造成內(nèi)外部的溫差。首先我們要從材料的選型、施工管理和技術(shù)施工方案等方面做好充分的準(zhǔn)備工作，并控制好混凝土的塌落度和攪拌時(shí)間，降低拌合水量；其次盡可能的降低混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，并加快混凝土的澆注速度；最后做好混凝土施工后的保溫保濕措施。

2.2.2 設(shè)置合理的分層分塊澆筑

大體積混凝土的施工一般都會(huì)分為很多小塊，然后再將每一小塊分成許多澆筑層。其作用主要：1)分層澆筑有助于減少裂縫的產(chǎn)生；2)分塊分層施工增加了散熱面積，可以有效降低溫度應(yīng)力所帶來(lái)的影響。

3 大體積混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

在大體積混凝土施工過(guò)程中，裂縫一直是我們關(guān)注的難點(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題，這不僅降低了混凝土整體的承載能力，也使得一些有害物質(zhì)更容易通過(guò)裂縫進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，會(huì)引起腐蝕鋼筋或降低自身的抗水性等危害。因此對(duì)于降低混凝土水化引起的溫度是我們?cè)趦?yōu)化方案設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該注意的地方。本文結(jié)合實(shí)際，從材料的構(gòu)成及參數(shù)入手，綜合考慮水化熱、混凝土的早期強(qiáng)度及收縮變形三方面影響，進(jìn)行其各方面的優(yōu)化。

3.1 大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土中骨料和水泥石的界面的強(qiáng)度是整體最薄弱的地方，也是混凝土最易發(fā)生破壞的位置，主要與施工過(guò)程中所采用的水泥強(qiáng)度和水灰比有一定的關(guān)系。一般我們認(rèn)為，隨著水膠比的降低和水泥強(qiáng)度的增加其強(qiáng)度也相應(yīng)的增加。通過(guò)試驗(yàn)的方法我們確定好混凝土的配置強(qiáng)度和水膠比。通常我們采用全計(jì)算法進(jìn)行配合比理論的設(shè)計(jì)，其模型如圖2所示。

圖2 混凝土體積模型

3.2 混凝土強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)

混凝土養(yǎng)護(hù)的濕度和溫度、施工過(guò)程中采用的水泥等級(jí)、骨料、水灰比等因素會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度。粉煤灰顆粒在混凝土施工中是非常常見的材料，這種材料可以有效增加水泥的強(qiáng)度。雖然前期混凝土的強(qiáng)度有所降低，但隨著混凝土內(nèi)部硬化的反應(yīng)不斷加強(qiáng)，粉灰煤也會(huì)發(fā)生水化現(xiàn)象，其自身的活性效應(yīng)得到了釋放，有助于混凝土后期強(qiáng)度的增加。

3.3 混凝土水化熱優(yōu)化

如果在混凝土施工過(guò)程中，膠凝水泥的用量越多，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的熱量也就越多，就容易產(chǎn)生裂縫，所以在實(shí)際工程中，我們會(huì)加入粉煤灰或者礦渣代替水泥，進(jìn)一步降低水泥水化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量；同時(shí)加入一些硅酸鈣凝膠起到增強(qiáng)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)粘結(jié)力的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

1)高層建筑基礎(chǔ)底板大面積混凝土施工時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)出去，使之內(nèi)外部產(chǎn)生應(yīng)力差，因此我們?cè)谑┕み^(guò)程中要根據(jù)實(shí)際情況，從材料的選型、施工的管理及施工技術(shù)方案等各方面做好相應(yīng)的工作。這樣才能確保工程的質(zhì)量。

2)尤其是在冬季更應(yīng)該做好防護(hù)工作，一般大體積混凝土的厚度大，內(nèi)部產(chǎn)生的熱量更不容易散出，導(dǎo)致內(nèi)部溫度逐漸升高，造成內(nèi)外部產(chǎn)生很大的溫度差。因此我們要選擇合理的施工工藝、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部的溫度及采取有效的裂縫防治措施。

本文從實(shí)際出發(fā)，探討了大體積混凝土的施工技術(shù)、大體積混凝土裂縫機(jī)理和控制措施、大體積混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面的問(wèn)題，今后我們?cè)诠ぷ髦腥孕枰粩噙M(jìn)行大體積混凝土配合比的優(yōu)化，進(jìn)一步改善混凝土的養(yǎng)護(hù)措施，降低裂縫的產(chǎn)生。