陳楊柳

（漳州市建筑工程有限公司，福建 漳州 363000）

0 引言

水泥混凝土按結(jié)構(gòu)可以分為普通混凝土和大體積混凝土，以最小斷面尺寸1m為界限，斷面尺寸≥1m為大體積混凝土，＜1m為普通混凝土。大體積混凝土?xí)苯訉?dǎo)致澆筑后水化熱的散熱不良問題，結(jié)構(gòu)內(nèi)部熱量散失慢于結(jié)構(gòu)表面，造成結(jié)構(gòu)內(nèi)外的溫差，在力學(xué)上表現(xiàn)為溫度應(yīng)力的產(chǎn)生，較強(qiáng)的溫度應(yīng)力會(huì)直接導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。因此也常用水化后混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)、外溫差超過25℃來定義大體積混凝土。由此可見，施工操作工藝、水泥的水化熱、大體積混凝土內(nèi)外散熱條件及干燥收縮是導(dǎo)致混凝土開裂的重要原因。本文依托漳州市行政服務(wù)中心建設(shè)項(xiàng)目，就地下室底板大體積混凝土施工工藝進(jìn)行介紹，并分析其裂縫產(chǎn)生的原因及控制措施。

1 工程概況

漳州市行政服務(wù)中心建設(shè)項(xiàng)目位于福建省漳州市龍文區(qū)，該工程地下室一層，建筑面積20005m2，承臺(tái)、地梁、底板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35，抗?jié)B等級P6、底板厚度為450mm、550mm，最大承臺(tái)尺寸為2700mm×2580mm×2450mm。根據(jù)《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2009）的相關(guān)規(guī)定，該工程地下室混凝土被定義為大體積混凝土。

地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，局部為人防地下室。室內(nèi)非覆土區(qū)域?yàn)槠胀ㄤ摻罨炷亮喊褰Y(jié)構(gòu)，非覆土區(qū)主要框梁截面尺寸為300mm×800mm，樓板厚度220mm；室外覆土區(qū)域亦為普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，樓板厚度為250mm、300mm，部分300mm厚樓板為加腋板。底板面標(biāo)高-5.250m，底板厚度500mm，主要側(cè)壁厚度400mm，地下室底板及側(cè)壁混凝土強(qiáng)度等級C40，抗?jié)B等級P6。

2 施工重難點(diǎn)分析

該項(xiàng)目大體積混凝土應(yīng)用于地下室底板，由于混凝土體積大，一次性澆筑難度大，結(jié)構(gòu)安全性要求高，施工重難點(diǎn)包括：澆筑體積大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高；內(nèi)外溫差控制；避免失水干縮裂縫。

2.1 澆筑體積大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高

在該工程中，由于受到底板承臺(tái)自身結(jié)構(gòu)因素及水化熱反應(yīng)的影響，強(qiáng)度為C35的混凝土在澆筑時(shí)會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部熱量聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致其內(nèi)外的溫差大，加劇溫度應(yīng)力，影響整體結(jié)構(gòu)壽命[1]。且本次工程結(jié)構(gòu)厚度不一，局部結(jié)構(gòu)厚度大，澆筑后影響混凝土的降溫速率，易造成混凝土局部開裂等問題。為避免上述問題，混凝土材質(zhì)選用配合比更強(qiáng)的礦渣硅酸鹽水泥，通過增添減水劑及礦粉，減少混凝土需水量。在保證整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求下，通過低熱量的混凝土，合理降低絕熱溫升[2]。

2.2 內(nèi)外溫差大

在本次工程中，仍應(yīng)考慮外部環(huán)境條件，大體積混凝土施工期在夏季，白天平均氣溫在30℃。但漳州夏季易遭遇大風(fēng)強(qiáng)降雨天氣，造成巨大溫差，加劇混凝土表面的溫度應(yīng)力，易造成混凝土局部開裂。針對該問題，應(yīng)提高工程養(yǎng)護(hù)要求，通過溫度監(jiān)測及保溫手段來降低溫差對混凝土的影響，保證工程質(zhì)量及壽命。

2.3 失水干縮裂縫

在澆筑硬化過程中，由于工程底板體積較大，其內(nèi)部自由水分蒸發(fā)量更大，導(dǎo)致其內(nèi)部毛細(xì)孔的水量降低[3]。這種情況會(huì)增加混凝土結(jié)構(gòu)表面的曲率，在其表面張力的作用下，毛細(xì)孔內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)收縮和變形等問題，甚至?xí)斐砷_裂等現(xiàn)象，大大影響結(jié)構(gòu)性能。針對該問題，一是在混凝土中增添適量的減水劑，降低其中的自有水分；二是在施工完成后應(yīng)提高工程養(yǎng)護(hù)要求，按照規(guī)定要求定時(shí)在混凝土表面灑水，改善收縮和開裂問題。

3 大體積混凝土施工工藝

3.1 施工流程

大體積混凝土施工流程見圖1。

圖1 大體積混凝土施工流程

3.2 大體積混凝土澆筑

混凝土澆筑實(shí)行分層、連續(xù)澆筑方式[4]，采用混凝土攪拌運(yùn)輸車直接開往坐地泵通往布料機(jī)出料，減少混凝土與周圍空氣的接觸，防止大量散熱[5]。布料厚度為50cm，混凝土自由落體高度為1m。根據(jù)施工時(shí)氣候狀況和混凝土罐車的運(yùn)輸距離，適當(dāng)調(diào)整坍落度，對于坍落度較大的混凝土采取二次振搗的方式，提高混凝土的密實(shí)度。

澆筑工藝采取“從遠(yuǎn)到近、薄層澆筑、一次到頂”，斜面分層澆筑時(shí)，應(yīng)一層澆筑完后立即澆筑下一層，時(shí)間控制在第一層初凝之前，如此反復(fù)，直至澆筑完成。確保上下層在初凝之前結(jié)合好，不形成施工縫[6]。對澆筑好的大體積混凝土實(shí)行二次振搗法，采用插入式振搗器振搗，直到混凝土泛漿，骨料沒有明顯下沉為止，通過早期養(yǎng)護(hù)，以期提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和彈性模量?；炷脸跄螅瑢ζ浔砻孢M(jìn)行處理，首先清除混凝土表面積水，同時(shí)借助木抹子抹壓，提高表面質(zhì)量，避免開裂現(xiàn)象的發(fā)生。

對有預(yù)留螺栓孔的設(shè)備基礎(chǔ)，澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)保證其位置垂直正確。預(yù)留螺栓孔的木塞應(yīng)在混凝土澆筑時(shí)，及時(shí)將木塞取出。

3.3 施工縫的處理

針對施工縫附近的混凝土處理方式按照《混凝土施工縫處理》要求執(zhí)行，并在混凝土初凝后對其表面進(jìn)行處理，借助沖毛機(jī)清除軟弱混凝土層、石子及浮漿，提高混凝土表面質(zhì)量。借助壓力水槍清除沖洗混凝土表面，一是起到潤濕作用，二是清洗混凝土表面臟污。

3.4 溫度測量與控制

（1）溫度測量?；炷翝仓r(shí)，采用溫度計(jì)對大體積混凝土進(jìn)行測溫?；炷猎跐矒v前，在鋼筋籠內(nèi)預(yù)留測溫孔，測溫孔布置按間距@ 5000雙向設(shè)置，埋入深度為h/2+200（h為承臺(tái)厚度），測溫孔內(nèi)應(yīng)充滿水，并進(jìn)行有效保護(hù)。

根據(jù)水化熱產(chǎn)生的機(jī)理，混凝土的溫度急劇上升階段在前期，因此在混凝土澆筑后前三天，測溫較頻繁，每天測溫6次；在4～14d，每天測溫2次；14d之后，混凝土放熱緩慢，每天測溫1次。同時(shí)將混凝土的澆筑溫度、出機(jī)溫度和測試環(huán)境溫度一并記錄在表。

（2）溫度檢測點(diǎn)布置?；炷翝仓?，預(yù)留溫度檢測布設(shè)點(diǎn)，每個(gè)布設(shè)點(diǎn)間隔10～12m，外圍溫度測量點(diǎn)與混凝土板邊緣距離宜≥1m。測溫管選用尺寸為Φ48mm×3.0mm的鋼管，呈三角形排列分布，間隔100mm。分別在距離底部375mm，700mm，1125mm處，分三個(gè)不同深度進(jìn)行測溫[7]。按上述布置方式將測溫管提前預(yù)埋到混凝土中，并保證混凝土振搗時(shí)不發(fā)生位移或脫落；后續(xù)測量溫度時(shí)，將傳感器綁在測溫線上，放入測溫管進(jìn)行監(jiān)測；測溫完成后，及時(shí)對測溫管進(jìn)行灌漿處理。

（3）其他溫度控制措施。專人收聽天氣預(yù)報(bào)和測溫工作，如氣溫過高，立即停止室外工作；砂漿的使用期限盡量控制在2h內(nèi)，當(dāng)氣溫超過30℃，適當(dāng)增加砂漿稀度；對泵管用草袋進(jìn)行專門覆蓋，并時(shí)刻保證草袋表面的濕潤，防止因天氣過熱導(dǎo)致混凝土水分流失而出現(xiàn)堵泵的情況。

3.5 養(yǎng)護(hù)措施

該項(xiàng)目對大體積混凝土采用表面覆蓋塑料薄膜和麻袋片澆水養(yǎng)護(hù)相結(jié)合的方法，覆蓋密實(shí)，接縫處留有一定的搭接寬度，對于底板部分暴露的地方采用蓄水養(yǎng)護(hù)。麻袋片的覆蓋厚度根據(jù)測溫?cái)?shù)據(jù)由下式計(jì)算確定：

式中：

Si——麻袋片厚度（單層厚度×層數(shù)）；

h——結(jié)構(gòu)物厚度；

λi——第i層麻袋片混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)；

Tb——混凝土表面溫度；

Tq——混凝土達(dá)到溫度峰值時(shí)的大氣平均溫度；

Kb——傳熱系數(shù)修正值；

Tmax——混凝土中心溫度峰值；

λ——混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)。

大體積混凝土的實(shí)際高度（厚度）為1500mm；第i導(dǎo)熱系數(shù)為0.05W（/m·K）；混凝土澆筑時(shí)的表面溫度為40.25℃；混凝土達(dá)到溫度峰值時(shí)的大氣平均溫度為30℃；傳熱系數(shù)修正值為1.3；第0層導(dǎo)熱系數(shù)為2.3W（/m·K）；混凝土中心溫度峰值為59.624℃。將以上參數(shù)帶入式（1），得到Si=12mm。因此，所需麻袋片的厚度為12mm[5]。

此外，大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)還需注意以下方面[6]：

（1）拆模時(shí)混凝土構(gòu)件中心溫度和表面溫度差以不得＞25℃為宜；

（2）混凝土放熱階段達(dá)到內(nèi)部溫度峰值時(shí)，中心溫度和表面溫度差及表面溫度和大氣溫度差均應(yīng)滿足規(guī)范要求；

（3）混凝土開始降溫后，其降溫速度也應(yīng)滿足抗裂要求，不得采取強(qiáng)制降溫方式，時(shí)刻關(guān)注溫度變化，均勻降溫，麻袋片應(yīng)分層拆除；

（4）混凝土開始終凝時(shí)應(yīng)立即養(yǎng)護(hù)，定期澆水，保持混凝土表面潤濕狀態(tài)。

3.6 澆筑熱工計(jì)算

該項(xiàng)目在夏季施工，所使用的大體積混凝土幾何尺寸為：長6.2m，寬3.5m，高1.5m，選用水泥類型為P·O 42.5，大體積混凝土水泥用量為294kg/m3，水用量為178kg，中粗砂用量為718kg，碎石用量1115kg。澆筑入模的溫度為25℃，混凝土入模溫度取25℃，根據(jù)漳州市的氣象信息，將混凝土達(dá)到最高溫度時(shí)的大氣平均溫度定為30℃。

經(jīng)計(jì)算，大體積混凝土澆筑后的溫度峰值與材料表面溫度差為59.624-40.25=19.374℃，滿足規(guī)范小于25℃的要求。同樣，混凝土表面溫度與大氣溫度之差為40.25-30=10.25℃，亦未超過25℃，故不需采取其它措施，僅采取覆蓋1層塑料薄膜和麻袋即能滿足要求。

4 大體積混凝土裂縫成因分析

4.1 水泥水化熱產(chǎn)生裂縫

水泥與水會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，這一過程散發(fā)的熱即為水化熱，混凝土的水化熱主要集中在澆筑后的1～5d內(nèi)，在此期間混凝土的溫度急劇上升處在升溫階段，一般24～48h出現(xiàn)溫度峰值。一般情況下，澆筑厚度不同、澆筑環(huán)境溫度的變化、采用水泥品種不同（水化熱：鋁酸三鈣＞硅酸三鈣＞硅酸二鈣）、摻加外加劑的不同，溫度峰值也會(huì)不同。本次工程位于廈門，屬于南方區(qū)域，其平均氣溫較高，因此在散熱時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)和其表面的溫差更大，大大加劇了溫度應(yīng)力，若其數(shù)值超出混凝土的約束力時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)則會(huì)產(chǎn)生裂紋。

4.2 混凝土收縮變形產(chǎn)生裂縫

當(dāng)混凝土達(dá)到溫度峰值后，溫度趨于平緩，澆筑后10～30d內(nèi)，由溫度峰值逐漸開始降溫，由于熱脹冷縮現(xiàn)象，混凝土體積隨之縮小。此外在混凝土的硬化過程中，隨著水分的蒸發(fā)，混凝土內(nèi)部體積也會(huì)縮小，即出現(xiàn)干燥收縮現(xiàn)象。大體積混凝土內(nèi)部處在密閉的環(huán)境，干燥收縮進(jìn)程緩慢；外部在風(fēng)力的作用下干燥收縮速度快，出現(xiàn)拉應(yīng)力。收縮程度增大，對應(yīng)的拉應(yīng)力變大，當(dāng)其數(shù)值大小超過混凝土自身抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生由于干燥收縮導(dǎo)致的開裂。

4.3 混凝土施工不當(dāng)產(chǎn)生裂縫

大體積混凝土因其結(jié)構(gòu)體積較大，拌和、澆筑等施工過程不便利。為此，面對大體量的混凝土澆筑采用分區(qū)、分層的施工方式，此種工藝可以確保澆筑質(zhì)量。但也存在分層澆筑操作不當(dāng)?shù)膯栴}，使得各層間存在冷縫現(xiàn)象，同時(shí)在澆筑過程中往往也會(huì)出現(xiàn)混凝土供應(yīng)不上等問題。

振搗后混凝土內(nèi)質(zhì)量較重的骨料出現(xiàn)下沉，水泥漿質(zhì)量較輕浮在上部，形成泌水現(xiàn)象。為了縮短工期，在混凝土強(qiáng)度未達(dá)到受載強(qiáng)度時(shí)，在地下室板上埋置鋼筋、模板會(huì)對混凝土產(chǎn)生抗拉剪應(yīng)力，在水泥漿體表面形成裂縫。

5 大體積混凝土裂縫控制措施

5.1 選擇合適的配合比

在保證配合比滿足規(guī)范要求的前提下，該項(xiàng)目采用12%粉煤灰替代部分水泥，不僅能夠改善混合料的和易性，還起到減小混凝土初凝水化熱的作用，降低混凝土內(nèi)部的溫度峰值；此外在混凝土中添加減水劑，減少水的用量，降低因水分蒸發(fā)而導(dǎo)致的干燥收縮現(xiàn)象，混凝土最終配合比如表1所示。

表1 大體積混凝土配合比

5.2 控制混凝土材料溫度

依據(jù)合適的配合比進(jìn)行混凝土的拌和，攪拌時(shí)間嚴(yán)格控制在40～60s之間，定期對水泥、骨料進(jìn)行溫度測量，保證混凝土的出料溫度。出機(jī)后盡量縮短中途運(yùn)輸及停留時(shí)間，在90min內(nèi)入模，夏季施工不超過60min?；炷寥肽囟取?0℃。

5.3 防止堵泵

為保證泵送過程中混凝土的和易性，先輸送水潤濕管道和模板，后泵送0.5～1.5m3的水泥砂漿，保證后續(xù)泵送中管壁充盈砂漿，并保證管道的潤滑性。夏季高溫時(shí)，在管周圍包扎麻布片并定時(shí)澆水降溫，避免砂漿過早硬化及減少混凝土內(nèi)外部溫差過大[4]。加強(qiáng)泵車及管道的巡回檢查；安排好勞動(dòng)力組織和后勤供應(yīng)，確保泵車作業(yè)的連續(xù)性。

6 結(jié)束語

本文提出一種地下室底板大體積混凝土的施工方案，以抑制裂縫的產(chǎn)生為目標(biāo)，施工方案包括：對大體積混凝土的配合比進(jìn)行優(yōu)化，添加12%粉煤灰和減水劑；定期對水泥、骨料等材料進(jìn)行溫度測量；采取斜面分層、連續(xù)澆筑的方式；采用表面覆蓋塑料薄膜和麻袋片澆水養(yǎng)護(hù)相結(jié)合的方法降低混凝土的內(nèi)外溫差。在最佳控制措施上，測算混凝土的澆筑熱工，計(jì)算得出大體積混凝土溫度峰值與材料表面溫度差為19.374℃，混凝土表面溫度與大氣溫度之差為10.25℃，未超過規(guī)范25℃的要求。該項(xiàng)目驗(yàn)證了所采取的控制裂縫方式不僅能加強(qiáng)施工全過程質(zhì)量管理與控制，還有利于地下室底板大體積混凝土的成型，施工效果良好。