孫志彬，姚雪濤

（河北建設(shè)集團(tuán)股份有限公司混凝土分公司，河北 保定 071000）

1 工程概況

某工程筏板基礎(chǔ)厚度為 1900mm、2200mm、2400mm，電梯井、集水坑局部厚度達(dá) 5050mm、6300mm。筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C35，抗?jié)B等級(jí)為P8，混凝土用量約 7000m3。該工程屬大體積且有抗?jié)B要求的特殊混凝土，其對(duì)混凝土密實(shí)度和耐久性要求較高，且施工期在 7 月，平均溫度為 32℃，為防止因大體積混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生溫度應(yīng)變裂縫就顯得尤為重要。在該工程筏板基礎(chǔ)澆筑前，我們分析了大體積混凝土的施工控制要素，并進(jìn)行了水化熱分析，以論證施工方案的可行性。

2 配合比設(shè)計(jì)

依據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》及 GB 50496—2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行原材料優(yōu)選及配合比設(shè)計(jì)。

所選原材料在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范質(zhì)量要求的同時(shí)，還應(yīng)滿足以下要求：

（1）采用低水化熱的 P·O42.5 水泥。

（2）細(xì)骨料采用中砂，細(xì)度模數(shù)宜大于 2.3，含泥量不應(yīng)大于 3%。

（3）粗骨料粒徑宜為 5.0～31.5mm，并應(yīng)連續(xù)級(jí)配，含泥量不應(yīng)大于 1%，且為非堿活性的粗骨料。

（4）應(yīng)采用緩凝型外加劑，使得混凝土初凝時(shí)間控制在 8～10h，避免出現(xiàn)混凝土接茬冷縫。

配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：

（1）嚴(yán)格控制水泥用量，并合理摻用礦物摻合料。

（2）混凝土拌合物坍落度不宜大于 180mm。

（3）拌合水用量不宜大于 170kg/m3。

（4）水膠比不宜大于 0.45。

（5）砂率宜為 38%～45%。經(jīng)反復(fù)試配調(diào)整，最終確定配合比如表 1 所示。

表 1 設(shè)計(jì)配合比 kg/m3

3 水化熱分析

為掌握混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)過程中，水化熱造成的溫度變化情況，以便于控制混凝土溫升、溫降速率，防止混凝土內(nèi)外溫差過大，造成溫度應(yīng)力裂縫，結(jié)合設(shè)計(jì)配合比，進(jìn)行熱工計(jì)算如下：

3.1 膠凝材料的水化熱

式中：

Q——膠凝材料的水化熱總量，kJ/kg；

k1——粉煤灰摻量對(duì)應(yīng)的水化熱調(diào)整系數(shù)，取0.95；

k2——礦渣粉摻量對(duì)應(yīng)的水化熱調(diào)整系數(shù)，取0.93；

Q0——水泥的水化熱總量，kJ/kg，采用 P·O42.5 水泥，取值 377kJ/kg。

3.2 混凝土的絕熱溫升值

式中：

T(t)——齡期為t時(shí)，混凝土的絕熱溫升值，℃；

W——每方混凝土中膠凝材料的用量 (kg/m3)，取值 436kg/m3；

C——混凝土的比熱，J/(kg·℃)，取 0.96×103J/(kg·℃)；

ρ——混凝土的密度，kg/m3，根據(jù)配合比取 2380kg/m3；

t——混凝土齡期，d；

m——與水泥品種、用量和入模溫度等有關(guān)的單方膠凝材料對(duì)應(yīng)系數(shù)，取 0.4d-1。

3.3 混凝土由水化熱引起的實(shí)際溫升（中心最高溫度）

式中：

Tm(t)——齡期為 t 時(shí)，混凝土的中心最高溫度，℃；

Tj——入模溫度，經(jīng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)，取值 28℃；

ζ(t)—— t 齡期混凝土的降溫系數(shù)，按表 2 取值。

表 2 不同齡期和澆筑厚度的 ζ 值

該筏板基礎(chǔ)厚度 1900mm、2200mm、2400mm，按最大值選取 2.5m 厚度不同齡期時(shí)的 ζ 值。電梯井雖然厚度較大，但頂部及側(cè)面（坑內(nèi)）外露，不單獨(dú)計(jì)算，加強(qiáng)測(cè)溫養(yǎng)護(hù)。

3.4 混凝土的表面溫度

式中：

Tb(t)——齡期為 t 時(shí)，混凝土的表面溫度，℃；Tq——齡期為 t 時(shí)，大氣的平均溫度，取 32℃；ΔT(t)——齡期為 t 時(shí)，混凝土中心溫度與大氣的平均溫度之差，℃；

H——混凝土的計(jì)算厚度，m。

h——混凝土的實(shí)際厚度，取 2.4m；

h ɑ——混凝土的虛厚度，m。

λ——混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，取 2.33W/(m2·k)；

K——計(jì)算折減系數(shù)，可取 0.666；

β——模板及保溫層的傳熱系數(shù)，W/(m2·k)。

δi——各種保溫材料的厚度，m；

λi——各種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·k)；

βq——空氣層傳熱系數(shù)，取 23W/(m2·k)。

該筏板基礎(chǔ)采用木模厚 0.015m；表面蓋塑料薄膜厚度 0.0003m；表面灑水覆蓋 0.01m。保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)按表 3 取值。

3.5 計(jì)算與分析

根據(jù)以上公式及取值，可計(jì)算得出不同齡期時(shí)，混凝土中心與表面的溫差和混凝土表面與大氣的溫差，具體數(shù)據(jù)見表 4。

表 3 部分保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)

表 4 不同齡期時(shí)混凝土表面溫度及內(nèi)外溫差 ℃

通過分析表 4，可知：

（1）入模溫度 28.0℃＜30.0℃；

（2）最大絕熱溫升值 64.0-28.0=36.0℃＜50.0℃；

（3）混凝土中心與表面的最大溫差為 23.4℃＜25.0℃；

（4）混凝土表面與大氣最大溫差 8.6℃＜20.0℃；

（5）最大降溫速率 (58.2-46.4)/(18-12)=1.97℃＜2.0℃。

在 3～30d 齡期內(nèi)，該筏板基礎(chǔ)混凝土各項(xiàng)溫度指標(biāo)均滿足 GB 50496—2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范要求。

4 結(jié)論

通過水化熱分析，可知該施工方案中的配合比選用及保溫養(yǎng)護(hù)措施是可行的。但此計(jì)算結(jié)果為理論設(shè)定計(jì)算結(jié)果，為確保大體積混凝土不出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫，在實(shí)際施工時(shí)還應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土入模溫度不超過30℃，并根據(jù)氣溫變化等實(shí)際情況，參考實(shí)際測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)來控制保溫覆蓋材料的增減，及時(shí)對(duì)養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行調(diào)整。