大體積混凝土基礎底板施工溫控技術分析

王 凱 湖南省第一工程有限公司

1 前言

隨著近年建筑結構持續向高樓層、大荷載、深基礎方向發展，大體積混凝土在建筑結構中得到越來越廣泛的應用。與此同時，在施工中大體積混凝土存在因水化反應導致的溫度裂縫問題也日顯突出，嚴重影響了混凝土澆筑質量以及建筑的正常使用。對此，在大體積混凝土施工過程中科學開展溫控工作十分重要，也是本文研究的重點所在。

2 大體積混凝土溫度裂縫問題

大體積混凝土的裂縫可以分為表面裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫，其中危險程度比較大的為深層裂縫和貫穿裂縫。隨著我國社會經濟的快速發展和城市規模的逐漸擴大，大型建筑工程不斷增多，大體積混凝土工程也隨之增多。

大體積混凝土一次性澆筑量大、工程條件復雜，施工控制不當，極易引發溫度裂縫，威脅混凝土結構耐久性和、安全性。因此，對深層裂縫和貫穿裂縫地避免，成了施工中的重點，也是施工中的難點。

目前，各國對大體積混凝土定義有一定差異，綜合可歸納為：施工現場澆筑的混凝土尺寸大，需要采取控制溫度等相關技術措施從而使得內部膠凝材料產生的水化熱以及導致的體積變形得以控制的混凝土。

溫度應力形成原因可歸納為兩個方面：一是由于混凝土自身特性，在凝結硬化的過程中，收縮變形受到一定限制，形成拉應力；二是水泥水化熱導致混凝土內部的升溫過快或混凝土外部降溫過快時，會形成較大的溫差，從而產生溫度應力。

這兩個方面共同作用，尤其是在高溫施工時，大體積混凝土內外溫差形成的溫度應力大于混凝土的抗拉強度，混凝土結構物的表面將會形成溫度裂縫。基于此，在工程實踐中采取溫控措施將大體積混凝土澆筑過程中溫升控制在合理的溫度范圍內，是一項關鍵工作，近年來逐漸成為建筑領域研究熱點。

3 大體積混凝土基礎底板施工溫控技術

大體積混凝土基礎底板施工的溫控措施有降低混凝土的入模溫度、降低混凝土的升溫速度和降低混凝土外部的降溫速度等方面，可以從材料和施工技術兩個方面入手采取措施控制，盡量縮小大體積混凝土內外溫差的情況下，可最大限度地避免裂縫的產生。

3.1 工程概況

靖州縣芙蓉中學項目總用地面積58108.42m2，建筑面積27808m2。地下室一層，面積4583m2，層高3.5m，結構整體采用了樁筏基礎形式，局部底板厚度達到2.0m，平面尺寸為39m×17m，屬于大體積混凝土。

3.2 混凝土材料性能分析

對于大體積混凝土，普通硅酸鹽水泥在其水化后有早期強度高的特性，是大體積混凝土的很好的膠凝材料，但其水化快，單位時間內放出熱量多，易造成局部溫差，產生溫度應力進而產生裂縫。因此降低單位體積單位時間的水泥水化熱尤為關鍵，可以采取優化水泥配合比，降低水泥用量的方法來進行控制。水泥品種可以選取低熱硅酸鹽水泥、礦渣水泥等低水化熱品種的水泥，按照設計要求和試驗結果配比外加劑（高性能聚羧酸系減水劑和緩凝劑等）。

另外，能夠直接影響大體積混凝土自身相關熱力性能的因素很多，具體涵蓋混凝土材料的熱膨脹系數、導熱系數、比熱容等，也包括混凝土底部地基土體的相應熱工特性。根據該工程所采用的材料及相關文獻的建議，本研究采用表1所示的材料性能參數。

表1 混凝土材料性能參數

3.3 大體積混凝土施工模擬

本工程地下室底板局部大體積混凝土施工期間，施工現場環境溫度約為10℃，混凝土攪拌過程未采取特殊保溫措施，入模溫度取10℃，該大體積混凝土底面與土體接觸，土體的溫度可近似為環境溫度10℃。

本研究采用有限元程序Midas/Gen進行數值模擬分析，采用實體單元建立大體積混凝土模型及混凝土下方地基土體模型，其中，地基土體選擇大體積混凝土底面積兩方向各延伸3m的范圍，土體深度亦為3m，土體四周邊界采用固定約束，模擬真實地基土體無限大的邊界情況。大體積混凝土施工過程，選擇了具有代表性的豎向剖面布置溫度測軸，監測混凝土水化過程產生的熱量。監測所得混凝土在澆筑97h后達到最高溫58.0℃，而數值模擬得到的混凝土在澆筑120h后達到最高溫54.3℃。此見，本研究所建立的有限元模型能較為準確地對大體積混凝土水化反應進行模擬。

由溫度變化曲線可知，在混凝土澆筑后120h時，混凝土水化溫度達到最高，此時的混凝土內部溫度域溫度最大值達到54.3℃，混凝土表面溫度達到19.1℃，混凝土內外溫差35.2℃。混凝土內外過大的溫差，對大體積混凝土產生溫度應力。在此拉應力作用下，大體積混凝土表面極易產生開裂，影響混凝土成品質量。

3.4 大體積混凝土基礎底板施工溫控要點

3.4.1 澆筑過程

在混凝土攪拌時可采用冰水配置混凝土，若攪拌站配置有深水井，也可采用井水配置；粗細骨料搭設遮陽棚，避免日光暴曬；施工時間盡量安排在21:00～8:00之間。以盡可能降低入模前混凝土澆灌的溫度，確保入模溫度不大于25℃。

為保證混凝土的流動性，澆筑前，還需對坍落度進行試驗，一般為120±20mm。在澆筑混凝土過程中，從中間方位開始，逐漸朝兩邊或沿長邊方向由一邊向另一邊的施工順序進行；從斜方向開始，逐層遞進，先澆筑薄層，再依次退澆，一次完成。澆筑時，應確保不同層級的混凝土相互之間保持穩定。

為了縮短混凝土水化熱的傳遞路徑，加速混凝土水化熱的擴散，通常選擇踏步式澆搗法進行斜面分段分層澆筑。每層分層的厚度不超過500mm，澆筑時間需嚴格把控，確保在澆筑上層混凝土時，下層混凝土還未進入初凝狀態，確保上下澆筑面不分層，以提高澆筑質量。

加強振搗，以提高密實度和抗壓強度，澆筑后，應及時進行二次抹面，防止早期收縮性裂縫的出現。

3.4.2 養護過程

大體積混凝土養護有兩個目的：①創造使水泥得以充分水化的條件，加速混凝土的硬化；②防止混凝土成型后因日曬、風吹、干燥、寒冷等自然因素的影響而出現超出正常范圍的收縮、裂縫及破壞等現象。

（1）為了減少混凝土中心溫度、表面溫度和環境溫度的溫差，對于施工完成的大體積混凝土段可以采用預埋冷卻水管、投毛石的方法來降低混凝土中心溫度和表面溫度的溫差；用草袋、鋸木、濕砂等進行覆蓋保溫來降低混凝土表面溫度和外界氣溫的溫差，保證溫度變化在預期之內，降低溫差裂縫產生的風險。

（2）澆搗結束后，借助刮尺收口混凝土表面，降低大體積混凝土表面裂縫的程度，然后對混凝土進行一系列工藝處理，待混凝土終凝后并灑水養護，澆水次數應根據養護氣溫決定，以保持混凝土面濕潤為準，在溫度和濕度處于適宜的環境下，不斷增強混凝土內部結構的強度。

（3）養護時間與水泥選材和環境溫度有關，當采用普通硅酸鹽水泥，養護時間不得少于14d；當采用礦渣水泥、火山灰水泥養護時間不得少于21d。

（4）在缺水地區或混凝土表面不便于澆水或者覆蓋塑料布時，可涂刷薄膜養生液。養生液在溶劑揮發后可在混凝土表面凝結一層膜，隔斷混凝土內水分的蒸發路徑，以此進行養護。

（5）混凝土在養護過程中，若發現遮蔽不全、澆水不足，以致表面泛白或出現細小干裂縫時，應立即仔細遮蓋，充分澆水，加強養護，并延長養護時間進行補救。

（6）混凝土強度未達到1.2N/mm2以前不得上人踩踏。

3.4.3 埋設冷卻水管的要求

（1）冷卻水管使用前應進行水壓試驗，防止管道漏水、阻水。

（2）混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后開始通水，各層混凝土峰值過后應停止通水，防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫度的回升，采用二次通水冷卻，通水時間根據測溫結果確定。

（3）嚴格控制進出水溫度，盡量使進水溫度最低。

（4）待通水冷卻全部結束后，應采用砼標號水泥漿或砂漿封堵冷卻水管。

3.4.4 現場溫度監控

（1）采用基于溫度梯度的溫控方法，選擇代表性界面進行混凝土溫度和內外差工藝性試驗，溫度采用電子測溫儀、預埋測溫探頭進行檢測。

（2）澆筑完成后，在保證其表面及棱角不因拆除模板而受損壞時，可拆除側模，并覆蓋保溫灑水養護。此時，混凝土澆筑體外部表面特定位置與環境溫差，不應大于20℃；混凝土澆筑體內部相鄰兩側溫點的溫差，不應大于25℃。

（3）混凝土澆筑完成后，通過電子測溫儀，測得混凝土中心溫度、表面溫度和環境溫度，在混凝土澆筑完成后的1～3d內，每隔2h采集數值，測出混凝土溫度峰值后，再測4個點進行復核。測溫時應由專人負責，及時記錄，有效把控澆筑過程中混凝土的內外溫度變化。基礎底板混凝土應選擇具有代表性的兩個交叉豎向剖面，布置溫度測軸；且每個測軸測溫點不應少于3處，環境測溫點不應少于2處。

（3）每個豎向剖面周邊及內部應設置測溫點，兩個豎向剖面交叉處應設置測溫點。混凝土澆筑體表面測溫點，應設置在保溫覆蓋層底部或模板內側表面；每個剖面周邊測溫點，應設置在混凝土澆筑體表面40mm～100mm以內的位置。

4 結束語

綜上所述，大體積混凝土基礎底板施工過程中，混凝土內部熱量不易散發，表面與空氣接觸，熱量傳遞較明顯，里表溫差大，底板表面易產生溫度裂縫，導致混凝土質量問題。大體積混凝土基礎底板施工溫控是重中之重，需在澆筑、養護過程中做好溫度控制與監控，控制好里表溫差，為建筑整體質量控制夯實基礎。