高層建筑基礎底板大體積混凝土施工技術

侯旭東

(廣州市恒盛建設集團有限公司，廣東 廣州 510540)

隨著我國科學技術和經濟的發展，高層建筑物體的數量和規模在逐步增加，相應的其基礎結構的尺寸也在不斷加大，因此，如何做好高層建筑基礎底板大體積混凝土施工技術已成為社會廣泛關注的熱點。例如很多時候我們在剛完成混凝土的澆筑后，就會出現一些裂縫，這些裂縫是在未受到任何外界荷載作用而產生的，因此，深入分析混凝土內部結構及變形變化是非常有必要的。

混凝土施工過程中會遇到水化熱高，而產生一些裂縫。這是目前混凝土結構大面積施工過程中常見的一個現象，也是一直以來難以解決的問題。大體積混凝土在施工中，容易因水化反應而使其內部產生大量的熱，造成其內部不斷升溫，加之混凝土厚度大，這些溫度不易釋放出來，進而使得其內部溫度與外界溫度不一致，從而導致混凝土表面產生一些裂縫。本文結合實際，研究如何在確保混凝土的強度下，提出更好的控制其內外部溫差的措施，減少混凝土裂縫的產生。

1 大體積混凝土的施工技術

1.1 大體積混凝土的定義和特點

大體積混凝土沒有統一的定義，由于各個國家的參考標準不同，導致對其定義也存在一定的差別。根據我國國標GB 50496—2009規定，認為混凝土的整體結構不小于1m的尺寸或者因其內部膠凝材料在水化時產生的溫度變化和收縮導致裂縫產生的混凝土。

混凝土是由多種材料混合而成的，受內外部因素影響時各材料之間表現出的變形變化不同。大體積混凝土具有水化熱大、施工復雜、用料多等特點，常用在大型建筑物的基礎、高程建筑的基礎等工程，具有耐火性好、抗壓強度大，但其抗拉強度低，其主要特征表現為由于水泥水化過程中產生大量的溫度，導致內外部溫度不一致，而產生溫度的應力，就會在其表面產生一定的裂縫。

隨著大型建筑的不斷興起，也給大體積混凝土的施工帶來了一定的挑戰，眾所周知，裂縫的問題一直是當今社會和關注研究的熱點和難點，裂縫的出現降低了混凝土自身的強度、承載力及使用時間。主要表現為。

1)由于混凝土在施工時其內部受水化的影響，集聚大量不易散發的熱量，導致其內外部溫度不一樣，會產生一定的溫度應力，進而產生一些裂縫。

2)高層建筑基礎底板大體積混凝土內部較為復雜，其鋼筋的配置直徑大、數量多，混凝土的變形模量與其相比較小，在混凝土發生收縮變化時，在鋼筋的表面會出現輻射性的裂縫。

3)由于組成混凝土結構的成分有多種，每個成分的特性又不同，所以在同樣的環境下，其發生的變化也不同，有的發生熱膨脹現象比較明顯，有的不明顯，相互之間還會產生一定的約束力，進而導致微裂現象的出現。根據研究表明，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

混凝土配合比的設計不僅要根據工程的需要優化材料配合比的各項參數，還要確?；炷磷陨淼膹姸群捅M可能的減少混凝土的水化熱。我們可以通過試驗，得到適中的水化熱，進而得到更有效的配合比。實際施工過程中，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生大量的熱，其表面散熱快，而內部的溫度不容易散發，由于內外部的溫差，生成的溫度力而使得表面出現裂縫，因此我們必須采取有效的配合比，控制大體積混凝土內外部的溫差，降低裂縫的產生。

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。根據施工建筑物基礎的特點，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，上下層的澆筑銜接一定要在下層混凝土未初凝前就要進行上層混凝土的施工。一般分層澆筑法應用較為廣泛。

注：1.模板；2.新澆混凝土。

2 大體積混凝土裂縫機理和控制措施

當混凝土內外部產生的溫度應力超過自身的抗拉強度極限時，就會產生裂縫。尤其是混凝土體積越大時，產生的力就越大，本文分析大體積混凝土裂縫的產生機理，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生機理

混凝土裂縫的產生受自身的組成材料、周圍環境等因素的影響，總體來說一是自身內部結構的變形變化，一是來自于外部荷載的作用。一般是自身內部結構的變形變化占主要的因素，本文重點討論混凝土結構變化的影響。

1)水泥水化熱的影響，經理論研究和工程實踐證明水泥在水化過程中會釋放大量的熱，這些熱量積聚在混凝土內部很難散發出來，從而使其內外部產生溫度差，這是裂縫產生的主要原因。水泥水化熱值如表1所示，當水化熱值達到200～400KJ/kg，其內部的溫度升高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程中受到很大的影響，當周圍氣溫降低時，混凝土表面溫度也降低，內外部溫差過大，形成大的溫度應力，使得其表面開裂；當周圍溫度較高時，混凝土的溫度也隨之升高，此時內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越大。

尤其是在冬季施工時，當外界溫度在0℃以下時，混凝土內部的水會結成冰，其體積大約增加9%，產生一定的凍脹力，破壞混凝土的結構。同時，也影響混凝土和鋼筋間的粘結力，降低混凝土的強度。

3)混凝土的收縮變形，硬化收縮：混凝土在施工時內部產生化學反應和物理變化，其形成的水化物一般較水泥自身的體積較小，這個過程會產生微弱的收縮變化。

塑性收縮：混凝土施工時，其內部的水分會蒸發，少數水分會保留下來，這個過程會產生一些微裂紋；同時，其內部也會發生水泥水化的作用，產生大量熱，引起水分的蒸發，內部結構發生收縮現象，各個組成材料間會發生沉縮變形，導致混凝土表面產生不規則的裂縫。

干縮：當外界空氣的濕度不足100%時，混凝土表面的水分也會蒸發，進而產生干縮現象。干縮現象并不能將混凝土內部的水分完全蒸發出去，剩下的水分將分布在混凝土的內部空隙和氣孔中，在外界空氣壓力的作用下，產生內外部壓力，形成收縮力，在這種力的作用下使得混凝土發生干裂。

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外溫度不一樣而產生溫度應力；通過改善自身的性能，進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象就越弱，因此大體積混凝土施工過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)進一步調整混凝土的股粒粒徑和級配，細骨料采用中砂，而粗骨料采用連續級配。

3)混凝土澆筑后及時進行保溫、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行至少28d的保溫。保溫的目的是增加混凝土表面溫度對周圍空氣溫度的變化有一定的抵抗能力，起到緩沖作用，而保溫的過程中也能保濕，有研究表明，潮濕的環境下，混凝土表面的抗裂能力比干燥養護時更強。

4)降低水泥的用量，雖然混凝土產生的化學變化也會對其自身有影響，但與水泥水化產生的熱量的影響來說，相對較小，因此我們要在施工過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，更容易造成內外部的溫差。首先我們要從材料的選型、施工管理和技術施工方案等方面做好充分的準備工作，并控制好混凝土的塌落度和攪拌時間，降低拌合水量；其次盡可能的降低混凝土的運輸時間，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 設置合理的分層分塊澆筑

大體積混凝土的施工一般都會分為很多小塊，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生；2)分塊分層施工增加了散熱面積，可以有效降低溫度應力所帶來的影響。

3 大體積混凝土配合比優化設計

在大體積混凝土施工過程中，裂縫一直是我們關注的難點和重點問題，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更容易通過裂縫進入到混凝土內部，會引起腐蝕鋼筋或降低自身的抗水性等危害。因此對于降低混凝土水化引起的溫度是我們在優化方案設計過程中應該注意的地方。本文結合實際，從材料的構成及參數入手，綜合考慮水化熱、混凝土的早期強度及收縮變形三方面影響，進行其各方面的優化。

3.1 大體積混凝土配合比設計

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

圖2 混凝土體積模型

3.2 混凝土強度優化設計

混凝土養護的濕度和溫度、施工過程中采用的水泥等級、骨料、水灰比等因素會影響混凝土的強度。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度。雖然前期混凝土的強度有所降低，但隨著混凝土內部硬化的反應不斷加強，粉灰煤也會發生水化現象，其自身的活性效應得到了釋放，有助于混凝土后期強度的增加。

3.3 混凝土水化熱優化

如果在混凝土施工過程中，膠凝水泥的用量越多，混凝土內部產生的熱量也就越多，就容易產生裂縫，所以在實際工程中，我們會加入粉煤灰或者礦渣代替水泥，進一步降低水泥水化反應所產生的熱量；同時加入一些硅酸鈣凝膠起到增強混凝土內部結構粘結力的作用。

4 結語

1)高層建筑基礎底板大面積混凝土施工時，其內部產生的熱量不易散發出去，使之內外部產生應力差，因此我們在施工過程中要根據實際情況，從材料的選型、施工的管理及施工技術方案等各方面做好相應的工作。這樣才能確保工程的質量。

2)尤其是在冬季更應該做好防護工作，一般大體積混凝土的厚度大，內部產生的熱量更不容易散出，導致內部溫度逐漸升高，造成內外部產生很大的溫度差。因此我們要選擇合理的施工工藝、實時監測混凝土內部的溫度及采取有效的裂縫防治措施。

本文從實際出發，探討了大體積混凝土的施工技術、大體積混凝土裂縫機理和控制措施、大體積混凝土配合比優化設計等幾個方面的問題，今后我們在工作中仍需要不斷進行大體積混凝土配合比的優化，進一步改善混凝土的養護措施，降低裂縫的產生。