无锡苏宁广场基础底板大体积混凝土温控及防裂措施.docx
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无锡苏宁广场基础底板大体积混凝土温控及防裂措施
无锡苏宁广场基础底板大体积混凝土温控及防裂措施
中建一局二公司无锡苏宁广场项目都书巍
摘要：
近年来，我国基础建设迅猛发展，大体积混凝土也得到了越来越广泛的应用，高层建筑的地下室混凝土底板以及很多大型的基础承台都是用大体积混凝土浇筑而成。
在建造和使用过程中，由于温度效应而产生的混凝土裂缝成了混凝土结构的一种主要病害，常常能够造成对建筑物的巨大损坏。
本文阐述了裂缝形成的原因，温度控制的措施，防裂缝的具体方法，以解决混凝土裂缝问题，提高大体积混凝土的质量，保证建筑物的质量和运行安全。
关键词：
大体积混凝土，温度裂缝，温控，防裂措施。
一、工程概况
无锡苏宁广场位于无锡市人民路与新生路交叉口南侧，东为新生路，西为图书馆路，北至人民中路。
本工程地下共4层，为商业街、车库、酒店后勤用房及设备用房等。
地上商业部分共9层，高48米，集商业、餐饮、影院、健身于一体。
地上北塔共68层，高328米，为综合办公、酒店式公寓、酒店餐饮。
地上南塔共48层，高168米，主要以酒店式公寓为主。
本工程底板结构形式为桩承台筏板基础，底板总面积为19255m2。
底板混凝土强度等级设计为C40P8，厚度最深处达到8.4米，单体混凝土最高用量达11300m3总混凝土浇筑量约38000m3。
二、技术难点及温度裂缝产生的主要影响因素分析
（一）技术难点
大体积混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由此形成的温度应力是导致产生裂缝的主要原因。
这种裂缝分为两种，也是主要控制的两个关键点：
1.水化热控制：
本工程桩承台筏板基础属于典型的大体积混凝土，一次浇注成型。
水化热和温度梯度控制，防止产生温度裂缝成为决定工程施工质量的关键技术问题。
混凝土浇筑初期，水泥水化产生大量水化热，使混凝土的温度很快上升。
甚至有时内部温度能够达到80℃以上。
但由于混凝土表面散热条件较好，热量可以向大气中散发，因而温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，热量散发少，因而温度上升较多，内外形成温度梯度，形成内外约束。
结果混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。
2.混凝土收缩变形控制：
本工程大体积混凝土底板一次性整体浇筑，总收缩量大，混凝土收缩变形控制，防止产生收缩裂缝也是工程施工质量的关键技术问题。
混凝土浇筑后数日，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温度逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上由于混凝土中多余水分散发引起的体积收缩变形，二者收缩值通常为1.5╳10-4~3.0╳10-4，即每米混凝土收缩0.15~0.3mm，因此在大体积混凝土结构部位总收缩量大，容易产生收缩裂缝。
（二）温度裂缝产生的主要影响因素分析
1.水泥水化热
水泥在水化过程中要产生一定的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。
由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，所以会引起急剧升温。
水泥水化热引起的绝热温升，与混凝土单位体积内的水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期按指数关系增长，一般在10天左右达到最终绝热温升，但由于结构自然散热，实际上混凝土内部的最高温度，大多发生在混凝土浇筑后的3~5天。
2.混凝土的导热性能
热量在混凝土内传导的能力反映在其导热性能上。
混凝土的导热系数越大，热量传递率就越大，则其与外界热交换的效率也越高，从而是混凝土内最高温升降低。
同时也减小了混凝土的内外温差。
可以预计，导热性能越好，热峰值出现的时间也相应提前。
中部最高温度的热峰值及热峰值出现的时间与板厚密切相关。
所以，板越厚，中部点散热较少，热峰值也越高，中部受外界温降影响所需时间就越长，峰值出现的时间也要晚一些。
混凝土的导热性能较差，浇筑初期，混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力较小。
随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束越来越强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。
3.外界气温变化
大体积混凝土结构施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土开裂有重大影响。
混凝土的内部温度是浇注温度（既混凝土的入模温度，它是混凝土水化热温升的基础，可以预见，混凝土的入模温度越高，它的热峰值也必然越高），水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加之和。
外界气温越高，混凝土的浇注温度也愈高；若外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别在外界气温骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土极为不利。
4.混凝土的收缩变形
混凝土中的水分有化学结合水、物理—化学结合水和物理力学结合水，其中80%的水分须要蒸发，只有20%的水分是水泥硬化所必须的。
混凝土在水泥水化过程中多余水分的蒸发会引起混凝土要产生体积变化，多数是收缩变形，少数为膨胀变形，这主要取决于所采用的胶凝材料的性质。
混凝土中多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。
这种干燥收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，即产生收缩应力即可引起混凝土的开裂，并随龄期的增加而发展。
三、防止大体积混凝土温度裂缝的技术措施
（一）原材料选择及配合比优化
1.原材料选择
（1）优选水泥品种：
选择水化热低的水泥，从源头上降低水化热产生总量。
通过与商品混凝土厂家混凝土协调会确定，同时得到设计同意后确认，选用42.5级普通硅酸盐水泥，以60天强度为验收强度并掺加粉煤灰以降低单方水泥用量，降低混凝土的水化热和收缩。
（2）集料的选择：
集料量约占混凝土总质量的85%左右，正确选用砂石料对保证混凝土质量、节约水泥用量、降低水化热量、降低工程成本是非常重要的。
①粗集料的选择
本工程大体积混凝土，优先选择自然连续级配的粗集料配制。
这种连续级配粗集料配制的混凝土，具有较好的和易性、较少的用水量、节约水泥用量、较高的抗压强度等优点。
根据工程施工特点，尽量选用粒径较大、级配良好的石子。
采用粒径5~30mm，并连续级配，含泥量在1%以内，颗粒级配符合筛分曲线，针片状石子低于15%。
②细集料的选择
混凝土泵送过程中，如果砂浆量不足，很容易发生堵管现象。
所以，在混凝土配合比设计时，可适当提高砂率。
但砂率过大，将对混凝土的强度产生不利影响。
因此，在满足混凝土可泵性的前提下，尽可能选用较小的砂粒。
实际施工中细集料选用中砂，细度模数2.4~2.6，含泥量小于小于3%。
（3）外加剂选用：
使用缓凝型高效减水剂。
目的在于保证混凝土拌合物的工作性，延缓混凝土水化热释放速率，并降低混凝土水胶比，减少用水量；掺加膨胀剂SY-G。
通过掺加混凝土膨胀剂SY-G，SY-G水化硬化时产生膨胀补偿混凝土化学收缩和干缩，防止或减少混凝土产生收缩裂缝。
（4）拌合水采用饮用自来水。
2.配合比优化
混凝土设计强度等级为C40，坍落度要求160~180mm，采用混凝土泵车泵送施工。
为降低水泥反应水化热，选用42.5级普通硅酸盐水泥，以60天强度为验收强度并掺加粉煤灰以降低单方水泥用量，降低混凝土的水化热和收缩，同时粉煤灰可消耗混凝土中的部分碱，可有效地预防碱—集料反应。
在充分考虑设计要求和上述技术措施的基础上，通过试配优选出混凝土配合比，见表1：
表1基础底板C40混凝土配合比
材料
用量/（kg·m-3）
比例
水泥
246
1
砂子
714
2.90
石子
1072
4.36
水
175
0.71
粉煤灰
56
0.23
减水剂
7.7
0.03
膨胀剂
25.68
0.10
（二）混凝土理论温升计算
1.混凝土内部最高绝热温升值计算：
水泥水化热是大体积混凝土的主要内热源，是引起混凝土裂缝的主要内在因素，减少水化热是混凝土防裂的最经济而有效的途径。
从上面分析得知，配制C40混凝土，P.O.42.5水泥用量246kg，粉煤灰掺量为56kg。
混凝土最高绝对温升可据式
（1）计算：
（1）
则
（℃）
2.大体积混凝土内部温升及温度模拟计算
大体积混凝土最高绝热温升可由上述公式计算，但实际混凝土施工中不可能完全处于理想的绝热环境，并且混凝土水化热量随着混凝土龄期增长逐渐降低。
为了精确计算出实际混凝土内部温度，可根据混凝土在不同龄期，同一施工环境（同混凝土配合比、同施工温度、同环境温度）下混凝土降温系数，如表2所示：
表2不同龄期C40混凝土降温系数ξ
混凝土浇筑厚度/m
3d
6d
9d
12d
15d
4.2
0.75
0.74
0.73
0.67
0.58
本工程施工正值冬季，日气温为3~11℃。
混凝土内部的中心温度应为浇筑时日气温与绝热温升值的叠加，计算公式如下：
（2）
计算得出不同龄期大体积混凝土的内部温度，如表3所示：
表3不同龄期大体积混凝土内部计算温度
龄期/d
最低温度3℃时内部计算温度/℃
最高温度11℃时内部计算温度/℃
3
33.2
41.2
6
32.8
40.8
9
32.4
40.4
12
30.0
38.0
15
26.3
34.3
3.混凝土内部与表面最大温差计算
（1）混凝土表面温度
大体积混凝土结构施工应使混凝土中心温度与表面温度、表面温度与大气温度之差在允许范围之内，则可控制混凝土裂缝的出现，混凝土表面温度计算公式如下：
（3）
Tb（t）-龄期t时，混凝土的表面温度（℃）；Ta-龄期t时，大气的平均温度（℃）；H-混凝土的计算厚度，H=h+2h,；h-混凝土的实际厚度（m）；h,-混凝土的虚厚度,h,=Kλ/β；λ-混凝土的导热系数，取2.33W/（m.k）；K-计算折减系数，可取0.666；β-模板及保温层的传热系数（W/（m2.k））；β=1/（Σδi/λi+1/βa）；δi-各种保温材料的厚度（m）；λi-各种保温材料的导热系数（W/（m.k））；βa-空气层传热系数，可取23W/（m2.k）；ΔT（t）-龄期t时，混凝土内最高温度与外界气温之差（℃），ΔT（t）=Tmax-Ta
当厚度取4.2m时
Tb（t）=32.36（℃）
经计算，混凝土中心温度与表面温度之差，表面温度与大气温度之差均符合规范规定，满足防裂要求。
四、选择合理的施工措施，提高混凝土施工质量
除上述优选原材料和优化配合比外，在施工过程中还采用降低混凝土入模温度、分层施工、二次振捣、二次收光、加强养护等技术措施，以保证筏板基础施工质量。
（一）降低混凝土入模温度
对堆设的骨料搭设凉棚，防治日晒，对骨料进行洒水降温，采用低温水拌制，降低拌合温度。
工程施工正值冬季，温度较低，不需附加更多降温措施。
若是在炎热季节施工，除了做好原材料降温之外，如做好水泥散热、骨料浇水冷却和预冷等，还需冷却拌合水与加冰拌合，浇筑前预冷混凝土，减少运输途中的热量倒灌，包括减小运输距离，采用特制的保温罐车等
（二）混凝土的浇筑方式
混凝土的浇筑按混凝土自然流淌坡度、斜面分层、连续逐层推移、一次到顶的方法进行。
混凝土初凝时间不小于12小时，终凝不大于24小时。
一方面延长了施工工艺的可操作性，另一方面，使水泥水化热的释放时间加长，达到水化热不能集中释放以降低混凝土内外温差的目的。
这样，既保证了连续浇筑和施工的可能性，又消除了因浇筑冷缝产生的质量危害，确保工程达到质量设计要求。
混凝土浇筑的厚度与水化热最高温升值的大小密切相关，厚度越大，则水化热温升值越高。
因此，混凝土分层浇筑，可增加散热面，延长散热时间，使水化热最高温升值降低。
本工程混凝土浇筑分层厚度为500mm，考虑混凝土最不利自由流淌长度为高度9倍~12倍左右，现场实际将混凝土入模坍落度控制在160~180mm，实际流淌长
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