大型基礎(chǔ)底板大體積抗?jié)B混凝土綜合控溫抗裂研究與應(yīng)用

張澄

（山西二建集團(tuán)有限公司，山西太原 030013）

0 引言

近些年是我國房地產(chǎn)行業(yè)高速發(fā)展的時代，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用于民用建筑、工業(yè)建筑，各地高層、超高層建筑層出不窮，各類大型設(shè)備基礎(chǔ)、高層大體積混凝土基礎(chǔ)應(yīng)運(yùn)而生，而廣泛使用的混凝土結(jié)構(gòu)材料在施工中普遍會出現(xiàn)裂縫，種類繁多、形態(tài)各異。最為常見的樓板裂縫、屋面裂縫，出現(xiàn)滲漏水、影響美觀、降低建筑物的整體實用性，引發(fā)投訴、糾紛、索賠等情況。大體積混凝土基礎(chǔ)的裂縫更是關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的安全和正常使用，必須正確分析裂縫產(chǎn)生的原因，防止裂縫的產(chǎn)生，合理設(shè)計混凝土的配合比、選擇優(yōu)質(zhì)材料、加強(qiáng)施工監(jiān)控、做好大體積混凝土的溫度控制措施、提高施工技術(shù)最大程度減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，減少裂縫造成的危害，保證混凝土的施工質(zhì)量[1]。

1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因

1.1 自身的水化熱

大型建筑結(jié)構(gòu)在澆筑過程中，由于其截面尺寸的增大，其內(nèi)部的熱急劇增加，3～5d 后就會到達(dá)峰值，而外部的熱又會快速向外部擴(kuò)散，從而造成內(nèi)外溫差增大，從而引起了內(nèi)表層的溫度應(yīng)力。在大體積混凝土中，由于受環(huán)境因素的影響，在一定范圍內(nèi)，由于環(huán)境因素的影響，在一定范圍內(nèi)，環(huán)境因素對大體積混凝土的影響較小。選擇合適的水泥基、集料、摻合料，對其進(jìn)行合理的配制，是降低其裂縫的重要方法[2]。

1.2 外界氣溫變化

在混凝土的內(nèi)部，由澆筑的溫度，水泥水化熱的絕熱溫度，以及混凝土的散熱溫度3 個要素所構(gòu)成。室外氣溫較高，在此條件下，澆注混凝土的高溫也較高。冬季施工時，要格外注意外部環(huán)境的溫度的改變，當(dāng)外部氣溫驟降時，會極大地加大混凝土內(nèi)外溫度的差別，進(jìn)而引起溫度應(yīng)力，容易引起混凝土開裂[3]。

1.3 混凝土的收縮變形

在混凝土澆筑完成后凝結(jié)硬化前，混凝土溫度逐漸降低，混凝土體積隨著溫度的降低不斷減小，混凝土內(nèi)部膠凝材料的凝結(jié)硬化，使大體積混凝土產(chǎn)生硬化收縮。同時混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)產(chǎn)生的干縮變形?；炷恋陌韬退校挥屑s20%的水分是水泥水化熱所必需的，其余80%被蒸發(fā)。水分的蒸發(fā)引起混凝土體積的收縮，從而產(chǎn)生無規(guī)則龜裂狀裂縫。

1.4 施工過程引發(fā)的裂縫

（1）混凝土運(yùn)輸。目前已廣泛使用預(yù)拌混凝土技術(shù)，混凝土攪拌站的生產(chǎn)能力、混凝土攪拌車的運(yùn)輸能力、運(yùn)距、調(diào)度系統(tǒng)等都對混凝土的澆筑有著緊密關(guān)聯(lián)，間歇時間過長都易造成混凝土澆筑產(chǎn)生施工縫，已澆筑混凝土面產(chǎn)生裂縫。

（2）現(xiàn)場澆筑。在澆筑大體積混凝土?xí)r，混凝土的坍落度差異較大，振搗機(jī)械不同、振搗不及時、過振、漏振等都會使混凝土強(qiáng)度不均勻，養(yǎng)護(hù)的時間、方法不同也會使混凝土產(chǎn)生收縮裂縫。

2 混凝土材料優(yōu)選和設(shè)計配合比控制

（1）為了達(dá)到降低水泥水化熱，控制內(nèi)外溫差的目的，采取雙摻技術(shù)，優(yōu)化混凝土配合比。采用外摻粉煤灰及AEA 膨脹劑、TW-10 泵送劑的方法以達(dá)到保證混凝土強(qiáng)度及坍落度要求的前提下減少水泥用量、增加骨料和摻和料用量、降低水化熱的目的。

（2）選擇粒徑為2.40mm 的中砂。砂和石中的泥沙含量必須在1%以下，并且不能摻雜任何有機(jī)物和其他雜質(zhì)，禁止采用海砂。

（3）在保證其工作性能的前提下，加入適當(dāng)?shù)臏p水劑，就可以使其最大限度地減少單位用水。超塑化劑與引氣劑的聯(lián)合應(yīng)用對于降低大體積混凝土的用水量與膠凝物質(zhì)的使用率、改善新拌混凝土的工作性、提升其力學(xué)、熱學(xué)、變形與耐久性等方面具有十分關(guān)鍵的意義，同時也是混凝土的高性能發(fā)展必不可少的一部分。

3 大體積混凝土的施工方法

3.1 分層法施工

大體積混凝土澆筑劃分為全面分層、分段分層和斜向分層3 種類型，施工前應(yīng)灑水澆濕混凝土鋪層。第一層、第二層的初凝時間為300～500min，第二層的初凝時間必須提前。對建筑物整體水平面尺寸不宜過大，從小側(cè)面開始，往大側(cè)面發(fā)展時，可以采取整體分層；對施工期需供應(yīng)少量混凝土和大面積或大面積建筑采取分步施工法；斜面分級要求斜面坡度不大于1/3，適用于構(gòu)造長度比它厚3 倍以上的場合，斜面角度一般不小于45°（以混凝土坍落度為標(biāo)準(zhǔn)），各層厚度按距斜面距離計算，且不大于振動桿有效振搗深度，一般大于500mm[4]。

澆筑混凝土?xí)r，每澆注帶都有2 個振搗器，1 個振搗器設(shè)在混凝土石塊上，以解決混凝土在上面振實的問題，或者布置在混凝土斜角處，以解決下混凝土致密的問題。在混凝土澆筑工作前進(jìn)時，振搗器應(yīng)緊隨其后，以保證混凝土總質(zhì)量在全高范圍內(nèi)。為了避免出現(xiàn)漏振現(xiàn)象，使用頻率高的振動錘，其間距應(yīng)在1.5 倍左右。當(dāng)斜面向前移動時，產(chǎn)生振動，棒料于坡腳和坡頂之間插振，振搗混凝土?xí)r，振搗器應(yīng)平均拔出并插入混凝土約500mm，每振10～15s 的標(biāo)準(zhǔn)是混凝土浮漿不外溢泡沫，不應(yīng)過分振搗。遵守規(guī)范規(guī)定及施工方案，保證振搗密實，混凝土澆筑后3～4h 內(nèi)，混凝土臨近初凝前二次振搗，然后根據(jù)標(biāo)高線，用刮尺刮平，輕輕摸壓。當(dāng)混凝土固化時，用普通灰漿抹去表層塑縮裂紋。

3.2 “跳倉法”施工

“跳倉法”施工是在不設(shè)置后澆帶的情況下解決超長大體積混凝土裂縫控制的施工方法，利用混凝土的收縮、放張，合理劃分跳倉分塊，預(yù)埋止水鋼板、分段、間隔澆筑，采取材料、結(jié)構(gòu)、施工管理綜合措施，嚴(yán)格有效控制混凝土早期裂縫。跳倉的最大分塊單向尺寸不宜大于40m，跳倉間隔施工的時間不宜小于7d，跳倉接縫按施工縫的要求設(shè)置和處理。“跳倉法”分隔如圖1所示。

圖1 “跳倉法”分隔

在構(gòu)造受剪小并且容易進(jìn)行施工的地方，將施工縫留置出來，其處理規(guī)則如下：①已經(jīng)澆筑好的混凝土，其抗壓強(qiáng)度不應(yīng)該低于1.2N/（m·h-1）。②清除表層上的膠結(jié)層和松散的石頭。③應(yīng)將水分完全浸透并清洗，不要留有水分。④在澆注混凝土之前，對其進(jìn)行加壓，并對其進(jìn)行加壓，加一種與其內(nèi)含物組成一致的水泥板。在施工縫的地方，使用二次振搗，在完成澆筑之后，要立即清除上面的積水，在2～3h 后，進(jìn)行第一次收面，以避免早期的收縮裂紋，在混凝土終凝之前，要進(jìn)行第二次抹面收光。

4 大體積混凝土的溫度控制

加強(qiáng)溫度控制，隨時為施工提供溫控信息，根據(jù)溫控監(jiān)測結(jié)果，及時調(diào)整改進(jìn)溫控措施。為掌握大體積混凝土的溫升和降溫的變化規(guī)律，及各種材料在各種條件下的溫度影響，需要對混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測控制。

大體積混凝土澆筑完畢后必須對混凝土進(jìn)行監(jiān)測，在布置混凝土測溫點時，要考慮整個澆筑構(gòu)件的截面尺寸，測溫點要盡量均勻地分散在整個構(gòu)件中，從而能夠較為準(zhǔn)確地反映整個混凝土構(gòu)件的內(nèi)部溫度變化。今年來，測溫設(shè)備也逐漸電子化，在埋設(shè)電子測溫探頭時一定要保證設(shè)備的正確安裝，檢查其電纜線是否完好，測溫設(shè)備指定專人保管、測量，保證測溫點的檢測準(zhǔn)確度。另外，在結(jié)構(gòu)容易散熱、受環(huán)境溫度影響大、絕熱溫升最大和產(chǎn)生收縮拉應(yīng)力最大的地方可適當(dāng)多布置1～2 處測溫點。

監(jiān)測點沿混凝土澆筑體厚度方向，在表層、底層和中間部位布設(shè)測溫點，測點間距不宜大于500mm；混凝土澆筑體表層溫度宜為澆筑體表面以內(nèi)50mm 處的溫度；混凝土澆筑體底層溫度宜為澆筑體底面以內(nèi)50mm處的溫度。測溫孔布置如圖2 所示。

圖2 測溫孔布置

要控制好表面溫度，并進(jìn)行保溫和維護(hù)，在混凝土澆筑完畢等初凝的時候，要立刻對它的表面進(jìn)行噴灑水分進(jìn)行維護(hù)，并用保溫的方式覆蓋保溫的保溫材料。一般情況下，一般采用5～30℃的預(yù)應(yīng)力混凝土；在進(jìn)入模具過程中，使模具的最高溫度不超過50℃；保證混凝土內(nèi)部與混凝土表層的溫差不超過25℃，保證混凝土不發(fā)生溫差開裂；日冷卻速度不得大于2℃。當(dāng)絕緣材料被拆除時，地表與空氣之間的溫度差不得大于20℃。在開始澆筑后進(jìn)行溫度測量工作。7d 之內(nèi)，每隔2h 測量一次溫度，7d 之后，每隔4h 測量一次溫度。測試過程中，應(yīng)根據(jù)測試號碼的先后次序，并認(rèn)真做好測試資料的記載。溫度測量應(yīng)24h 連續(xù)進(jìn)行，并由檢測機(jī)構(gòu)派人負(fù)責(zé)。因此，要保證測量工作的正常進(jìn)行，就必須要有施工單位及其他有關(guān)部門在多個層面上的合作。在測溫期間，若出現(xiàn)了一些不符合要求的情況（若內(nèi)外溫差超出了允許的范圍），并且在短時間內(nèi)無法處理的情況下，要及時將有關(guān)部門的工作人員聚集起來商議處理辦法，以保證測溫工作的持續(xù)進(jìn)行。還需制定后備的隔熱方案。在綜合考量氣象及其他各種不確定的條件下，制訂增加賬篷、被子等布匹的增厚計劃，并針對溫度變化較大的實際狀況，制定了相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

在確定混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的力學(xué)性能是決定其力學(xué)性能的最重要因素，因此，取樣和保留樣品同樣重要。按照規(guī)定，在現(xiàn)場進(jìn)行了一系列的試驗，并進(jìn)行了試驗。標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)樣品：在同一配比下，一次性澆筑1000m3以上的大容積的水泥時，對其進(jìn)行不少于10 次的強(qiáng)度取樣；一次連續(xù)澆筑1000～5000m3具有同樣配比的大容積混凝土后，1000m3以上的每500m3為一批；一次連續(xù)澆筑的大體積混凝土不得多于5000m3，多于5000m3則按1000m3為一批。標(biāo)準(zhǔn)樣品需要在標(biāo)準(zhǔn)箱中進(jìn)行干燥，干燥的環(huán)境中的溫度為18～22℃，相對濕度為95%。在相同情況下，根據(jù)具體情況及冬季的相關(guān)施工要求，保留的樣品數(shù)量不得少于兩套，并且要與部件的維修環(huán)境相適應(yīng)。

5 施工現(xiàn)場的養(yǎng)護(hù)

5.1 保濕養(yǎng)護(hù)的作用

混凝土澆筑后，能夠逐步凝固、固化，這是水泥的水化作用造成的。而水化的過程又要求一定的溫、濕環(huán)境，所以，要想讓混凝土擁有一個合適的固化環(huán)境，讓其強(qiáng)度持續(xù)地增加，就一定要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

大體積混凝土凝固硬化階段水化速度較快，澆筑完畢必須進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，減小混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫。表面的覆蓋可延長混凝土散熱，減小溫差產(chǎn)生的應(yīng)力，防止產(chǎn)生貫穿裂縫。

5.2 大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土澆搗后，在混凝土表面先覆蓋二層塑料膜，再蓋上二層草袋，形成保溫層，避免表面熱量散發(fā)過快，縮小內(nèi)外溫差。若需要加強(qiáng)保溫效果，可相應(yīng)增加覆蓋物層數(shù)。大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時間不得少于14d。高溫施工時，混凝土坍落度不得小于70mm，采用白色涂裝的攪拌運(yùn)輸車，對混凝土輸送管進(jìn)行遮陽覆蓋，灑水降溫。選擇在早間或晚間進(jìn)行連續(xù)澆筑，澆筑完成后及時覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)，出現(xiàn)持續(xù)高溫、大風(fēng)，水分蒸發(fā)較快時，要在施工方面采取擋風(fēng)、遮陽、噴霧等措施以保證水分[5]。

在使用人工灑水、噴淋養(yǎng)護(hù)的時候，可以使用土工布、麻袋、棉氈等吸水材料將混凝土的表層覆蓋（包裝）得非常嚴(yán)密，做到不露邊露角，且灑水噴淋的間隔時間要縮短。罩體的內(nèi)部和外部必須始終保有濕度，以避免干燥和潮濕的交替。通常情況下，養(yǎng)護(hù)的水溫最好不要小于15℃，并且為了防止在混凝土的表層出現(xiàn)裂縫，在此之前，必須保證在15℃以下的溫度范圍內(nèi)。隔熱罩必須一片一片地拆卸，只有在與外界最大溫度相差不超過20℃的情況下，才能徹底拆卸。保溫覆蓋層要逐層拆除，當(dāng)混凝土表面溫度與環(huán)境最大溫差小于20℃時，方可全部拆除。

6 結(jié)語

大體積的混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)應(yīng)用特性，如果不能對其進(jìn)行有效處理，就會導(dǎo)致建筑物的抗?jié)B透能力下降，從而對其應(yīng)用功能產(chǎn)生不利的作用。此外，還會導(dǎo)致鋼筋的腐蝕、混凝土的碳化，從而導(dǎo)致材料的耐用性下降。