大體積混凝土基礎施工的溫度裂縫控制

邢治鋼， 焦金華

1 北京四達貝克斯監理工程有限公司（050019） 2 濟源市鑫源建安有限公司（454650）

1 工程概況

海南昌江核電站核島燃料廠房及柴油發電機廠房，基礎采用平板式筏板基礎。基礎底板厚度分別為：燃料廠房部分為3 000 mm，應急柴油發電機廠房部分為1 400 mm和2 400mm，總體積達4 200m3。基礎底板采用C35粉煤灰防水混凝土，抗滲等級為P8。混凝土澆筑機具主要采用布料機、汽車泵。

2 溫度應力的分析

2.1 溫度應力的形成

根據溫度應力的形成過程可以分為三個階段:1）早期:自混凝土攪拌開始至水泥放熱基本結束，一般約30 d。這個階段有兩個特征:①水泥放出大量的水化熱；②混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內形成殘余應力。2）中期:自水泥放熱作用基本結束至溫度穩定。這個時期，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化引起的，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，此時，混凝土的彈性模量變化不大。3）晚期:混凝土完全冷卻后的運轉時期，溫度應力主要是外界氣溫變化引起的，這些應力又與前兩種殘余應力相疊加。

2.2 溫度應力引起的原因

溫度應力引起的原因可分以下幾類:①自生應力，由于結構本身相互約束出現的溫度應力。如在核島底板結構中，因結構相對尺寸較大，混凝土冷卻時表面溫度較低，內部溫度高，在表面出現拉應力，在內部出現壓應力。②約束應力，結構的全部或部分邊界受外界的約束,不能自由變形而引起的應力。此類應力主要出現在大型箱涵后澆頂板，在核島廠房大底板中此類應力影響較小。這兩種應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。③外界氣溫變化的影響，大體積混凝土在施工階段，常受到外界氣溫變化的影響。外界氣溫越高，澆筑溫度也愈高；當氣溫下降，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土內部的溫度梯度，造成溫差與溫度應力，使大體積混凝土出現裂縫。海南受海洋氣候影響，晝夜溫差加大，因此在施工中應采取措施避免此類影響。

3 裂縫的預防措施

3.1 選擇合理配合比——防止溫度裂縫的基礎

混凝土的配合比決定了混凝土的強度、抗滲性、和易性、坍落度、水泥用量、水化熱大小、初凝與終凝時間以及混凝土收縮率等性能指標。根據本工程結構特點、設計要求及氣候條件，主要采用“三低一高”原則（低砂率、低坍落度、低水膠比、煤灰高摻量），因此配合比設計時主要從以下幾方面考慮:

1）水泥的選擇和使用，結合本地區的建材生產狀況及成本，經過供應商評定，選擇國投集團的“海島”牌P.Ⅱ42.5級硅酸鹽水泥，同時為減少水化熱，降低混凝土溫升值，本工程技術要求:水化熱 3 d≤251 kJ/kg,7 d≤293 kJ/kg；水泥熟料控制在C3A+C3S≤58%。在滿足設計和施工可泵性的前提下，盡可能降低水泥用量，本工程水泥用量280 kg/m3。

2）其他膠凝材料的摻入，為了降低水化熱，減少每立方米的水泥用量，本工程采用Ⅰ級粉煤灰，試驗資料表明，每立方米混凝土的水泥用量每增減10 kg，水化熱將使混凝土溫度增減1℃，本工程粉煤灰用量117 kg/m3，改善了混凝土的可泵性，同時提高混凝土后期強度。

3）骨料的選擇，粗骨料粒徑5～31.5 mm連續級配碎石，含泥量控制在小于1%；細骨料選用中砂，含泥量控制在小于3%，杜絕使用海砂。

4）坍落度選擇，為滿足泵送要求，坍落度選擇14±3 cm。

5）摻入高效減水劑與緩凝劑，控制水膠比在0.43，本工程采用江西黃藤HT-HPC減水緩凝劑,改善混凝土的和易性，延緩混凝土內部最高溫升值及初凝時間,在保證坍落度前提下減少拌和用水，以減少混凝土泌水形成的沉縮變形；摻加江西武冠WG-HEA膨脹劑在混凝土內部建立一定的膨脹應力以抵消混凝土收縮時的應力,減小混凝土內部的微裂紋，提高混凝土的抗滲性。

3.2 嚴格執行施工方案——防止溫度裂縫的根本

澆筑施工階段是混凝土結構形成的階段，一次必須制定并執行嚴密的澆筑施工方案，以防止溫度裂縫出現。

1）合理組織機械設備，保證混凝土連續澆筑。現攪拌站每臺機組的攪拌能力能達到55m3/h,筑混凝土時同時開啟兩臺機組進行攪拌（另有一臺機組備用）。澆筑時，采用斜向分層方式澆筑，每層厚度300 mm，利用混凝土澆筑層面進行散熱，斜向坡率設計為1:6～1:8，利用混凝土自然流淌性。沿施工縱向1.5～2m為一下灰點,每個下料點配備3～4臺振搗棒進行振搗保證上部和下部混凝土的密實，在澆注過程中隨時檢查分層厚度和覆蓋范圍,混凝土振搗完畢后應在30分鐘左右進行二次振搗以免出現冷縫。

2）泌水的及時處理，因坍落度較大，及摻入粉煤灰的原因,在澆筑和振搗過程產生大量泌水上涌順混凝土坡度流至底部，必須及時排除，以確保下部混凝土質量。

3）混凝土收面，由于底板大體積混凝土配合比設計加入多種摻合料，混凝土內部膠體率較高，振搗后混凝土浮漿較厚，為防止表面產生干縮裂縫，凝土澆筑完后用木抹子搓平，初凝時用鐵抹子提漿抹壓二次，終凝前再用鐵抹子收光一次。終凝前混凝土表面如仍有泌水積存,用棉紗清理積水，再仔細對表面進行壓光，使其表面密實，這樣既控制了表面龜裂，又減少了混凝土表面水分散發，促進了養護。

3.3 溫度控制——防止溫度裂縫的關鍵

3.3.1控制入模溫度

嚴格控制混凝土出機溫度及入模溫度。攪拌站配備兩臺大型制冰機，冰庫儲量70 T，采用5℃左右冷水攪拌混凝土，同時骨料倉庫采用輕鋼大棚防曬，水泥儲備量為1 800 T，有充分的時間進行冷卻；混凝土運輸車滾筒機及輸送泵管外包濕布等遮陽降溫措施;混凝土從攪拌到澆筑兩者之間的時間須少于1小時,確保混凝土的入模溫度不大于30℃。

3.3.2加強混凝土養護

因海南天氣炎熱,據當地氣象局所提供信息,大氣平均溫度取34℃,混凝土澆筑后12 h內應進行保濕養護,底板混凝土養護采用兩層塑料薄膜、三層麻袋保溫養護，麻袋下面鋪帶孔的PVC管自然噴水,確保覆蓋層的保濕,確保不造成混凝土表面溫度散失形成驟降，從而有效縮小了內外溫差。當內外溫差小于25℃能夠充分發揮混凝土強度的潛力和材料松弛特性，以避免形成溫度裂縫。同時混凝土表面適度潮濕，可防止表面脫水形成干縮裂縫。防水混凝土的養護時間不得少于14 d。

3.3.3混凝土測溫

大體積混凝土中心溫度與表面溫度的溫差,要求控制在25℃以內，混凝土表面溫度與大氣溫差（麻袋內）宜控制在20℃以內，降溫梯度控制在1.5～2℃/天可有效防止大體積混凝土溫度裂縫的產生,因此從混凝土澆筑到養護期滿必須全過程監測,隨時掌握混凝土內部溫度狀況以采取相應的技術措施控制溫差。

混凝土澆筑完成后開始對測溫頭進行測溫,測溫頻率為:在升溫階段每3小時測定一次,在溫度持續階段及溫度下降時每6小時測定一次,當混凝土中心和大氣溫差小于25℃時，可停止測溫，同時混凝土的表面與環境溫度小于20℃時,可逐層拆除保溫層。

測溫點布置，底層測溫點布置在距底部50mm左右，上層測溫點布置在距頂面50mm左右,每組測溫點沿高度方向位置均分布置,并且保證平面和豎直方向中部設置一個測溫點，混凝土澆筑時，對混凝土的入模溫度進行測量并記錄。

混凝土測溫原始記錄應及時整理,根據測溫數據做出測溫曲線圖，并提出簡明扼要的成果分析報告。混凝土測溫記錄應及時反饋、報送工程公司及監理公司質控人員，并根據溫度變化采取加覆蓋層等控制措施，避免形成溫度裂縫。

3.3.4混凝土拆模

混凝土施工中,為提高模板周轉率，往往盡早拆除模板，在澆筑完畢初期，此時混凝土溫度較高，水化熱散發較大，如此時私自拆除模板，形成溫度沖擊現象，表面溫度驟減，引起溫度梯度，從而在表面形成拉應力,再加上混凝土干縮，表面應力很大，很容易形成裂縫，因此必須根據混凝土溫度曲線，合理安排模板拆除時間及順序。

4 結語

大體積混凝土施工難度較大,質量控制是一個復雜的過程，且一旦出現質量問題，處理起來比較困難。作為監理方要了解大體積混凝土施工過程及特性，才能做到預控。同時要求各參建單位都要做好每一項工作。尤其作為自控主體施工單位，如果各個環節都能基本做到，大體積混凝土施工質量是能得到保證的。

[1]GB50496-2009,大體積混凝土施工規范[S].

[2]GB50204-2002,混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].

[3]0738JT004,混凝土工程用水泥[S].