超大體積砼施工溫度裂縫控制

孫剛雄

中國十五冶金建設集團有限公司 湖北黃石 435000

超大體積砼施工溫度裂縫控制

孫剛雄

中國十五冶金建設集團有限公司 湖北黃石 435000

結合石家莊裕華熱電有限公司一期工程儲煤筒倉基礎底板超大體積砼施工案例，全面分析總結了超大體積砼施工中裂縫控制技術。

超大體積 砼施工 裂縫控制

大體積砼施工采取各種措施和方法，將裂縫控制在規范要求的范圍內，使其不致發展成有害裂縫，這是施工控制的難點。最容易形成有害裂縫的就是砼結構變形應力引起的裂縫，它主要是由溫度變化引起結構收縮、膨脹、不均勻沉降等因素造成的，結構體積越大就越難控制。根據筆者多年的經驗，只要將產生的原因分析清楚，采取有效措施，裂縫是完全可控的。

1 工程概況

石家莊裕華熱電有限公司一期工程C標段儲煤筒倉由1#和2# 筒倉組成，單個筒倉儲煤量為3萬t；兩個筒倉在基礎部分設置30mm寬的施工縫，用橡膠止水帶相連。該基礎底板砼在2007年12月份澆筑，施工時平均氣溫為-5℃～+5℃。

筒倉基礎底板砼強度等級為C30，砼保護層基礎底面為100mm，基礎其余三面40mm。厚度為3.2m，埋深為-6.7m～-3.5m；基礎底板寬50m，總長95.5m，兩端均采用半徑為25m的半圓相接，其中2#筒倉在圓弧端部設置接5.5m長，14m寬的突出，基礎底板砼量為13060m3，基礎底板鋼筋1700t。

2 施工方法選擇

大體積砼基礎的整體性要求高，要求砼連續澆筑。施工工藝上應做到分層澆筑、分層搗實，必須保證上下層砼在初凝之前結合好，不致形成施工縫。為保證施工質量，大體積砼澆筑方法一般可分為全面分層、分段分層、斜面分層3種方式。在特殊情況下，還需增設后澆帶，將整塊大體積砼分成兩塊或若干塊澆筑，以減少砼的連續澆筑工程量。實際施工過程中，如何選取合適的施工方法，則必須通過熱工計算來確定。

2.1 溫差計算

筒倉基礎底板大體積砼采用摻粉煤灰和減水劑的雙摻技術。根據現場已有的C30砼配合比資料進行砼熱工計算；實際配合比確定后，再根據此方法進行校核確認。

C30砼配合比（kg）為：380：765：1050：50：12.9（32.5級礦渣硅酸鹽水泥：黃砂：碎石：粉煤灰：外加劑）。

由于筒倉基礎底板砼施工在12月份，砼入模溫度考慮定為10℃。

砼最終絕熱溫升（℃）

式中：Tt—砼澆筑一段時間t，砼的絕熱溫升值（℃）；

mc—每立方米砼水泥用量（kg/m3）；

Q—水泥水化熱量（J/kg）；

C—砼的比熱，取 0.96（J/kg·k）；

ρ—砼的質量密度，取2400kg/m3；

e—常數，為 2.718；

（1）砼齡期（t）時的絕熱溫升值（℃）

m—與水泥品種、澆搗時溫度有關的經驗系數，取0.318；

t—砼澆筑后至計算時的天數（d）。

(2)砼齡期t時的內部實際最高溫度（Tj=10℃，降溫系數ζ查表取ζ=0.692）

(3)砼齡期t時的表面溫度

式中Tq—齡期t時，大氣平均溫度，工程所在地12月份取Tq=0℃；

H—砼的計算厚度（m），H=h+2h’=3.2+2×1.23=5.66m；

h—砼的實際厚度3.2m；

h’—砼的虛厚度。

式中:λ—砼的導熱系數，取2.33W/m·κ;

κ—計算折算系數，取0.667;

β—模板及導流層的傳熱系數.

式中：δi—各種保溫材料的厚度（m）；

λi—各種保溫材料的導熱系數；

βq—空氣層傳熱系數取23W/m2·K。

△Tt—齡期t時，砼內部最高溫度與外界氣溫之差

△Tt=Tmax(t)-Tq=55-0=55℃

其中考慮現場的不確定因素和結構安全性Tmax(t)取55℃

（3）砼表面溫度Tb（t）與砼內部最高溫度Tmax(t)的溫差計算

其中考慮現場的不確定因素和結構安全性Tmax(t)取55℃

根據上述溫度計算，采取保溫措施后砼表面溫度Tb（t）與砼內部最高溫度Tmax(t)均未超過規范規定的25℃溫差。

2.2 砼溫度應力計算

（1）各齡期砼收縮變形值計算

式中：ξy(t)—各齡期（d）砼的收縮變形；

ξy0—砼在標準條件下的極限收縮值，取3.24×10-4/℃。

考慮砼收縮變形不同條件影響后的修正系數

M1=1.25（礦渣水泥）；M5=1.45（水泥漿量 30%）；M6=0.93（14t）；M7=0.7（相對濕度 80%）；M8=1.4（L/A=0.6）；M10=0.9（配筋率 0.033）；M2（水泥細度）、M3（骨料）、M4（水灰比 0.4）、M9（機械振搗）均取1.0。

（2）各齡期砼收縮當量溫差計算

根據應力計算，其值均未超過砼的抗拉強度值，故筒倉基礎大體積砼采用普通蓄熱保溫法施工，不會出現溫度裂縫。

3 施工過程

3.1 施工準備

（1）施工用水、電已預先引接到位，保證線路暢通，并備用一條電源線路及一臺發電機，防止主線路出現故障影響生產。

（2）砼運輸道路按事先提供的線路圖實行交通管制，設專人協調，在底板砼澆筑期間設立通行警戒等標志，確保筒倉基礎底板砼運輸的暢通。

（3）現場攪拌站生產所需的砂石料、外加劑等材料在砼開盤前一次備足，所有水泥罐、粉煤灰罐儲滿，并提前落實貨源，保證按生產需要連續供應。

（4）提前對商品砼攪拌站的原材料準備、供應能力、產品質量等資源配置情況及其備用攪拌站情況進行考察，與商品砼攪拌站簽訂協議，約定砼澆筑期間只允許供應本項目砼，不得另行承接其他業務，并要求在澆筑期間攪拌站派負責人及質檢人員進駐現場，確保連續供應和產品質量。

（5）根據該工程施工時的氣候條件，提前準備好拌和水加熱所需的鍋爐及燃料，以及砼養護所需的棉氈、薄膜等養護材料。

（6）對所有進場施工機械進行維護檢查，試運轉，使其處于良好的工作狀態。

（7）作業現場準備好足夠的照明燈具保障夜間照明。

3.2 作業程序

筒倉基礎底板分1#、2#兩個部分單獨施工。先澆筑1＃筒倉基礎底板砼，后澆筑2＃筒倉基礎底板砼。

3.3 砼的攪拌及運輸

砼采用施工現場的1座攪拌樓及外部商品砼攪拌站的2座攪拌樓分別集中攪拌、供料，其中施工現場攪拌樓生產能力為75m3/h，外部商品砼攪拌站的2座攪拌樓生產能力為150m3/h。

攪拌站均設置蒸汽鍋爐，確保砼入模溫度在5～10℃，澆筑時采用電子測溫儀對砼拌和溫度及入模溫度進行監測，當拌和溫度低于10℃及入模溫度低于5℃時采取對拌和水進行加熱的措施，具體計算方法如下。

3.3.1 砼拌和溫度及入模溫度計算

（1）砼拌和溫度計算

式中：T1－砼拌和物溫度（℃）；

mw、mce、msa、mg－水、水泥、砂、石的用量（kg）；

Tw、Tce、Tsa、Tg－水、水泥、砂、石的溫度（℃）；

wsa、wg－砂、石的含水率（%）；

c1、c2－水的比熱容[KJ/(kg.K)]及冰的熔解熱(kJ/kg）。

（2）砼入模溫度計算

式中：T1—砼拌和溫度（出機溫度）；

T2—砼入模溫度，根據冬期施工要求，入模溫度不得低于 5℃；

tt—砼運輸時間，運距500m內,按6min考慮；

n—砼轉運次數，取n=3；

Ta—砼運輸時環境溫度，按實際溫度；

α—溫度損失系數（h－1），取 α＝0.25。

澆筑時實際配合比、實際環境溫度及測得各種拌和材料實際溫度的代入上述公式，即可求得拌和溫度及入模溫度，如不能滿足拌和溫度在10℃以上及入模溫度在5℃以上，則對拌和水進行加熱。

3.3.2 攪拌

嚴格按配合比進行配料，外加劑隨水加入，攪拌時間不少于120s。

3.3.3 砼運輸

采用砼攪拌車運輸，其中現場攪拌站采用3臺攪拌車（6m3）運輸，每小時共計可運輸7車次計，共42m3/h；商品砼站采用16臺攪拌車（9m3）運輸，每小時共計可運輸12車計，共108m3/h；砼供應能力總計可達150m3/h，滿足施工需要。外部商品砼應合理安排生產速度及運輸車輛，即要保證砼的連續供應，又不能有過多車輛停在現場等待卸料，防止砼攪拌出機到澆筑下料的間隔時間過長，以現場3臺車卸料的同時等待車輛不超過3臺車為宜。

3.4 砼澆筑

為保證砼不出現有害裂縫，砼澆筑采用斜面分層法。從1＃、2＃筒倉基礎底板中間的伸縮縫處開始，以一斜面分層逐漸向另一端澆筑，直至澆筑完成。砼澆筑面堆積坡角根據施工經驗及筒倉基礎底板的配筋情況按1:7考慮，上、下層砼澆筑間隔時間不超過4h，每層澆筑高度控制在40cm，則4h需用砼量為：0.4×50×3.2/Sin8=460m3，即每個小時需要澆筑約115m3砼，采用2臺汽車輸送泵車再配合相應的罐車即可滿足要求。因考慮到本項目的特殊性和現場的各種不確定因素，現場實際采用3臺汽車輸送泵車同時進行砼輸送下料，另外現場停放一臺47m汽車泵作為備用。

砼澆筑前清理、檢查模板內的雜物，模板澆水濕潤。澆筑時派人監護模板及鋼筋骨架穩定情況，發現異常及時進行加固處理。

砼分層連續布料澆筑、分層振搗，且在下層砼初凝前澆筑上層砼，兩層砼澆筑時間不超過4h，并在澆筑過程中及時排出泌水。砼振搗采用Φ50插入式振動棒，振搗上層時，必須插入下層50～100mm，振搗時間以砼表面泛水泥砂漿、砼不顯著下沉、表面無氣泡冒出為準。其移動間距不大于作用半徑的1.5倍(400～500mm),快插慢撥，每一振點的振搗時間為20～30s，嚴禁漏振和過振。振搗時配備采用12臺振動棒同時振搗，每臺棒平均每小時可振搗30m2。

砼運輸過程中，應始終保持處于勻速攪拌狀態，運至澆筑地點后，放料前應在運輸車內快速攪拌30s，再泵送入模。在澆筑過程中，如發現砼拌合物的均勻性和稠度發生較大的變化，應及時處理。

砼的澆筑、振搗過程中，上涌的泌水和浮漿順砼坡面下流到坑底，應及時將泌水排出基坑。對因振搗和分層造成表面及部分區域砼石子含量偏少的情況，可增撒5～10mm細石，以提高砼質量，減少表面裂縫。

砼振搗密實后，表面應以木抹子搓平。基礎底板面砼在初凝前進行兩遍壓光，底板面砼在初凝后，尚應加強二次壓光，以防表面收縮微裂縫的產生。

在砼澆筑過程中，按規范要求在澆筑地點取樣留置標養試件和同條件養護試件，標養試件每澆筑200m3留置一組，同條件試件每澆筑1000m3留置一組。

3.5 砼養護、測溫及拆模

采用電子測溫儀測量溫度，在每個筒倉基礎底板內埋設10組測溫點，每個點布置三根測溫線，距墊層距離分別為0.30m、1.6m、3.0m，分別反映基礎底部、中部、表面溫度。在基礎底板內依靠溫度鋼筋預埋溫度線，用扎絲扎牢，注意探頭應與溫度鋼筋隔開。測點的布置（見圖2）。

砼頂面澆筑完后，先用塑料薄膜進行覆蓋養護，上覆三層棉氈進行保溫養護。

測溫次數：每個測溫點處砼澆筑完畢后2h開始進行測溫。在砼內部溫度上升階段（一般1～3d內）每2h一次，穩定期（一般3～8d）每4h測溫一次，末期每天測溫兩次。監測至溫差穩定在規范允許的范圍內停止監測。

砼測溫若發現溫差高于25℃，立即加密測溫次數與時間,在原有棉氈保溫層基礎上增加保溫厚度。確保砼內外溫差以及砼表面與大氣溫度的差異在規范允許范圍內。

砼終凝達到一定強度時（一般2天后）即拆除部分模板支撐，將基礎側模外表面覆蓋的雙層麻袋（搭接），外面用塑料薄膜包裹密實。

4 施工效果

1# 筒倉基礎底板從12月18日10：30開盤至12月20日16：46收盤，歷時54小時16秒，平均澆筑速度約為116m3/h；2# 筒倉基礎底板從12月24日09：00開盤至12月26日17：10收盤，歷時56h10s，平均澆筑速度約為120m3/h。因砼連續澆筑時間較長，項目部配備了足夠的人力倒班作業。砼拆模后內實外光、棱角分明、無肉眼可見的溫度裂縫和結構裂縫，各項指標符合規范要求。

5 施工控制要點

5.1 砼材料要求

（1）水泥：選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥P.S 32.5水泥，使用水泥的鋁酸三鈣含量應小于7%，使用時水泥的溫度不應超過60℃。

（2）粗細骨料：砂采用中粗砂，含泥量不大于3%，細度模數2.5～3.2為宜；石子優先選用孔隙率較小的低堿活性碎石，含泥量不大于1%，碎石級配采用標準連續粒級5-40mm。

（3）摻合料及外加劑：摻一定數量的粉煤灰及緩凝減水劑、防凍劑，盡量降低水灰比。減少絕對用水量的和水泥用量，改善砼的和易性和可泵性，延長凝固時間。

（4）配合比：砼采用后期強度進行配合比設計，根據同類工程的經驗，采用60天強度進行試配，初凝時間控制在6h以上。坍落度控制在120～140mm范圍內，以減小收縮變形。

（5）商品砼配合比與現場攪拌站必須采用同一配合比，原材料要求采用同一地區生產的骨料、同一廠家生產的同品種水泥及外加劑。

5.2 砼配料

嚴格按試驗室開出的配合比通知書配料，不得隨意調整，后臺稱量系統要求計量準確。

5.3 施工準備

砼施工前兩天通過業主和監理將底板砼澆筑時間通報全場其他施工單位，明確澆筑時間段和砼運輸車輛將要通行的道路，設專人進行現場協調，保證在底板砼澆筑期間，砼運輸車輛道路行駛暢通，用水用電保持不間斷供應。

掌握天氣的變化情況，當下雨、雪時以彩條布將澆筑面臨時覆蓋。

安排相關管理人員輪流值班，木工、鋼筋等配合工種均安排值班人員，對出現的突發事件及時處理。

5.4 應急預案

施工前編制好各類突發情況的應急預案，對可能出現的水、電、設備、機械、交通等突發事故進行分析，做好應急準備。

通過本工程實例分析砼溫度裂縫產生的原因，將各種不利因素考慮周全，有針對性的采取措施，合理安排資源，達到了預期的效果。超大體積砼施工，只要周密分析砼溫度裂縫可能產生的所有施工環節和過程，加上精確的熱工理論計算作參考，合理選擇施工方法，必將簡化超大體積砼施工的難度，確保工程質量。

1砼結構工程施工質量驗收規范（GB50204-2002）.

2大體積砼施工規范（GB50496-2009）.

3建筑工程冬期施工規程（JGJ104-97）.

4建筑施工手冊（第四版）（中國建筑工業出版社）.

TU377

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1672-9323（2012）03-0079-04

2012-03-26)