地下室承台大体积混凝土温度裂缝控制探讨

【摘 要】在现代建筑施工过程中，常会出现大体积混凝土施工，控制温度变形裂缝的发生成为混凝土质量控制的重要一环。本文结合工程实践和科研理论成果，分析了温度裂缝产生的机理，提出了大体积混凝土结构防止产生温度裂缝的措施及施工方案，为今后大体积混凝土施工提供借鉴。

【关键词】大体积混凝土；温度裂缝；控制理论；施工方案

随着城市化建筑的发展和需要，高层、超高层和特殊功能的建筑日益增加，大体积混凝土在这些现代工程建设中已占有重要地位，但同时这种大体积混凝土具有结构厚、体积大、混凝土数量多、工程条件复杂、施工技术要求高等特点。在工程实践中，它除了必须满足强度、刚度、整体性和耐久性的设计要求外，还必须有专业技术手段来调节内外温差，控制温度变形裂缝的发展，这已成为大体积混凝土质量控制的关键。本文以一个工程实例，从控制温度裂缝的角度来探讨地下室承台大体积混凝土工程的施工。[1-7]

一、工程概况

某医疗综合楼门诊用房工程东西宽90m、南北长150m，为超长、超宽钢筋混凝土框架结构，地下一层，地上四-五层，地下室底板顶标高为-5.1m，底板厚400㎜，但承台高度从600mm到1600mm不等，部分承台尺寸较大。底板砼强度等级为C40，抗渗等级为S8。单层面积大，地下室承台厚、混凝土体量大，钢筋密，而且施工时气温较高，大体积混凝土温度裂缝控制是本工程施工的重点和难点之一。

二、大体积混凝土温度裂缝的控制理论探讨

从裂缝的形成机理来看，大体积的混凝土开裂，主要是混凝土承受的内部应力和混凝土本身的抗拉强度之间矛盾发展的结果。因此为了控制大体积混凝土裂缝，就必须尽最大可能提高混凝土本身抗拉强度性能和降低内部应力（特别是温度应力），抗拉强度主要取决于混凝土的强度等级及组成材料，所以保证抗拉强度的关键在于原材料的优选和配合比的优化，降低内部应力主要通过控制内外温差来实现。

为了有效控制裂缝，降低混凝土内部水化热、减小内外温差（小于25℃），原材料按如下原则选用：水泥选用低水化热或中水化热的水泥品种配制混凝土。在满足设计和混凝土可泵性的前提下，水泥用量控制在 360kg/m3左右，以便从根本上降低混凝土最高温升，从而降低混凝土所受的内部应力。

粗骨料选用粒径较大（但不宜大于40mm、含泥量不大于1% ）、级配良好的石子，配制的混凝土和易性较好、抗压强度较高、同时可以减少用水量及水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升。细骨料选用平均粒径较大的中、粗砂（含泥量不大于5% ）拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。

粉煤灰的选用按照规范要求，采用矿渣硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时，其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。粉煤灰对水化热、改善混凝土和易性有利，但掺加粉煤灰的混凝土早期极限抗拉值均有所降低，对混凝土抗渗抗裂不利，因此粉煤灰的掺量控制在10%以内，按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量，采用不减少配合比中的水泥用量的外掺法。

外加剂可根据设计要求，混凝土中掺加一定用量外加剂，如防水剂、减水剂、缓凝剂、膨胀剂等等。特别是膨胀剂选用PNC膨胀剂，掺量8%等量代表水泥，即可以降低水泥用量降低水化热，而且可以补偿混凝土收缩产生自应力，抵消结构由于干缩、冷缩、化学收缩产生的拉应力，从而防止或减少收缩裂缝的出现，使混凝土更加致密，提高混凝土的抗渗性。另外外加剂中的糖钙成分能提高混凝土的和易性，使用水量减少20%左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延长到5h左右，有效降低混凝土前期收缩。

混凝土入模温度控制及测温措施方面，在每次开盘之前，试验室要量测水泥、砂、石、水的温度，专门记录，计算其出机温度，并估算浇筑温度。严格控制砼原材料的温度，高层建筑最好选在春秋季开工，这样在基础混凝土浇筑时，可以自然降低混凝土的入模温度。如果在夏季施工，应采取人工措施降低入模温度，浇筑时最好不要让混凝土在太阳下直接爆晒，施工过程中应对碎石洒水降温（但此时应注意砂石含水率变化），保证水泥库通风良好，自来水可预先放入地下蓄水池中降温。在冬季施工时，可以在混凝土搅拌前对原材料进行预热，混凝土拌合物的出机温度应控制不宜低于10℃，入模温度不得低于5℃。设置测温孔，定专人、定时、定仪器，随时了解混凝土中心温度与混凝土结构物表面温度之差，用测试的温度来指导养护保温，控制混凝土表面温度，防止混凝土结构物表面温度散失快而引起内外温差裂缝，内外温差控制在25℃以内。

三、底板大体积混凝土浇筑

在上述大体积混凝土温度裂缝的控制理论探讨的基础上提出本工程的砼浇筑方案：

1、C40大体积混凝土配合比及材料要求：

底板大体积混凝土采用商品砼，搅拌车运送至施工现场，由砼泵车泵送浇筑，项目部应安排一名技术人员进驻混凝土供料单位，对供料单位的材料质量及配合比等进行检查控制。

2、大体积混凝土浇筑准备：

砼浇筑前应对施工现场的振捣机械进行通电试运转，对不符要求的施工机具提前予以检修；通知混凝土供料单位一起对现场进行布置，确定混凝土运输车辆的行走路线、停倒车位置，确保混凝土浇筑过程中不受外界因素的影响。

3、大体积混凝土施工方法：

混凝土浇筑方案：由于承台大体积混凝土厚最厚达1.60m，内部水化热温升偏高，内部温差和降温速率不易控制，同时考虑混凝土供应时间问题。底板混凝土浇筑分为两区段进行浇筑施工，两区段浇筑施工时设一台汽车泵和一台固定泵同时浇筑。汽车泵的位置停放在路面上，先分层浇筑大承台，大承台分层浇筑至与底板底平后开始底板与小承台混凝土浇筑。

4、大体积混凝土施工工艺：

大承台混凝土采取分层浇筑方法，每层浇筑的厚度控制在800㎜，底板小承台混凝土每层浇筑的厚度控制在400㎜～500㎜。浇筑方向由东向西进行，“一个坡度、薄层浇筑、一次到顶”。为不使上下两层混凝土产生施工冷缝，要在下一层混凝土初凝之前浇筑上一层混凝土，并采取二次振捣法，在振捣上一层时，应插入下层砼中50㎜左右，以消除两层之间的接缝间隙。

根据混凝土泵送时自然形成的坡度，在每个浇筑带的前后、中部布置三道振动器，这样通过混凝土的振动流淌达到均匀铺摊的要求，如下图所示。振动器的振捣要做到快插慢拔。快插是为了防止先将表面混凝土振实而与下面混凝土发生分层、离析现象；慢拔是为了使混凝土填满振动棒抽出时所造成的空洞。

振动器插点要均匀排列，可采用“行列式”或“交错式”的次序移动，不应混用，以免造成混乱而发生漏振，插点间距400㎜～500㎜，每一插点要掌握好振捣时间，过短不易捣实，过长可能引起混凝土产生离析现象。每点振捣时间应视混凝土表面呈水平不再显著下沉或不再出现气泡，表面泛出灰浆为准，一般每点振捣时间为15～30s。当混凝土大坡面的坡脚接近顶端梁柱模板时，应改变混凝土浇筑方向，即从顶端往回浇筑，与原斜坡相交成一个积水坑，另外有意识地加强侧板处的混凝土浇筑强度，这样积水坑逐步在中间缩小成一水潭，用泵及时将泌水排除。

因泵送大体积混凝土的表面水泥浆较厚，在浇筑后3～4小时内先初步按设计标高用长刮杠刮平，然后在初凝前用35～50㎏铁滚筒辗压2遍，再用木槎子槎平太压实，最后一遍要掌握好时间，一般以初凝时间为准，可用手指按压法控制抹压时间，用以闭合收水裂缝。并在砼覆盖保温材料之前，再检查表面有否龟裂，若有裂缝再用木抹子收缝抹压后再按要求覆盖养护。

降低大体积砼块体内外温度差和减慢降温速度来达到降低混凝土块体温降收缩应力和提高砼抗拉强度，防止混凝土裂缝.故对混凝土的养护是非常重要的，混凝土浇筑后应及时按控温要求进行养护。

5、混凝土内部温度监测

室外气温、环境温度、混凝土出罐及入模温度、终凝前混凝上温度采用普通温度计测量。 混凝土内部温度采用温度计进行人工测温：浇砼前先在承台内埋设测温钢管；测温钢管选用直径35薄壁钢管，在每个承台埋设二根（一根管底标高在承台中部，一根管底标高在承台面往下100，相同尺寸的承台仅设一个测点），在大承台中各埋置11根测温钢管（其中二根监测面层温度，六根监测底部温度，三根监测中部温度），底板按各区段随机预埋八根测温钢管。每根测温钢管上面均编上编号，用以观测底板不同深度、部位温度的变化情况；测温钢管露出砼表面200㎜～250mm，胶带包扎保护，防止浇砼时堵塞测温钢管。测温时间：大承台的测温时间前72小时为每间隔2小时测温观测一次，三天后每间隔4小时测温观测一次，直至混凝土内部温度变化稳定为止；小承台的测温时间前24小时为每间隔3小时测温观测一次，四天后每间隔6小时测温观测一次，直至混凝土内部温度变化稳定为止。

6、承台砼降温

为了确保大承台内的温升得到有效控制，将在混凝土内预埋Φ50×3㎜钢管，采取循环冷却水控制混凝土内部的温度，并在混凝土面层覆盖薄膜等保温措施进行保温，力争使混凝土的内外温差控制在250C之内；承台均采用在混凝土面层覆盖保温材料等保温措施进行保温，使内外温差升降控制在设计范围内。

7、混凝土的养护

混凝土表面压光抹平后，在混凝土初凝前采用下部覆盖一层塑料薄膜、上部覆盖1～2层麻袋（底板部位覆盖一层，承台部位覆盖二层）、上面再覆盖一层薄膜进行保温。在养护期间，随时测量检查混凝土表面的干湿及温差情况，如测温检查达到23℃时，应用30～50℃的热水进行表面加温养护，同时应保持混凝土的湿润。测温过程中应特别注意大承台的温升情况，浇水湿润养护时间不得少于14天。

四、总结

温度裂缝一直是困扰高层建筑大体积混凝土基础施工的难点，在大体积混凝土施工中，应用混凝土结构的温度控制理论，优化混凝土配合比，优化原材料选用；根据气温情况掺加各种复合型高效减水剂、粉煤灰、膨胀剂，降低混凝土水化热；采用合理的施工方法，做好冷却和表面隔热保护，消除或减小外部约束；用综合的温控施工措施对混凝土温升与内表温差进行实测，选择合适的保温保湿养护方式，控制大积混凝土内部热峰值及收缩裂缝的作用，使混凝土内外温差小于 25℃；同时采取相应手段提高混凝土抗拉强度，以有效防止裂缝的出现。本工程采用以上温度裂缝控制方法，取得较好的实施结果，地下室底板砼施工完工完毕六个月来，经有关部门多次检测，未出现有害性裂缝，砼强度、抗渗等级均符合设计要求。对大体积混凝土工程的温度裂缝的控制和施工方法有一定的指导意义。

参考文献：

[1]刘平，陈超云.承台大体积混凝土施工温度的控制.基建优化，2005（2）：121-123.

[2]周世明，建筑施工手册.（第 4版），北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3]于树山，周云麟.超大体积混凝土夏季施工与裂缝控制.混凝土，1993（4）：18-22.

[4]王若民.超厚大体积混凝土施工技术.福建建筑，2005（2）：72-92.

[5]梁斌.大体积混凝土基础施工.内蒙古煤炭经济，2005（S1）：48-51.

[6]徐敬军，安志文，王海军.大体积混凝土温度和收缩裂缝控制措施.河北建筑工程学院学报，2005，23（3）：36-40.

[7]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

作者简介：

林克科，辽宁鞍山市人，安徽省铜陵市电力公司监理站工程师。