高層建筑筏形基礎大體積混凝土施工溫度裂縫控制

摘 要：大體積混凝土結構施工中因溫度變化而產生的溫度裂縫，是一個普遍存在而又難以根治的難題。本文結合高層建筑工程實例，介紹了筏形基礎大體積混凝土施工溫度裂縫控制措施，給出了混凝土溫度及溫度應力的計算方法。實踐表明，施工溫度裂縫控制的效果明顯，為類似工程的施工提供指導。

關鍵詞：大體積混凝土；溫度裂縫；控制；混凝土溫度；溫度應力；計算

隨著高層建筑的不斷增多，大體積混凝土越來越多的被應用到高層建筑工程建設當中。但與很多混凝土工程一樣，溫度裂縫始終是施工中難以解決的質量通病。由于混凝土單次澆筑方量大，加上混凝土自身放熱量大，散發大量的水化熱，所以會產生較大的溫度變化和體積變化，由此而產生溫度應力，從而產生混凝土溫度裂縫。混凝土開裂影響結構的整體性和耐久性，形成結構隱患。因此，必須重視大體積混凝土施工溫度的控制，采取有針對性的溫度裂縫控制措施，避免裂縫的出現，從而保證工程的整體質量安全。

1 工程介紹

某高層建筑工程，建筑總高77.8m，采用樁基筏形基礎，地下室面積1425m2，建筑面積23260m2；核心筒底板高度2.75m，混凝土強度等級為C45，一次性澆筑混凝土量約4000m3。工程結構設計選用了轉換層形式。

2 轉換層結構概況

轉換板按施工組織設計分兩層澆筑，2m厚C50混凝土轉換板分二次澆筑，第一層先澆0.8m厚，等它達到90%設計強度后，再澆第二層1.2m厚混凝土。澆筑過程中符合大體積混凝土的規定：結構斷面最小尺寸在0.8m厚以上、水化熱引起混凝土內的最高溫度與外界氣溫之差預計不超過25℃的混凝土。

3 溫度裂縫控制措施

該工程施工期在6月上旬，測得當地日平均溫度在28℃左右，一般來說混凝土溫度的最高峰值出現在澆筑后的第三天，對混凝土澆筑的內部最高溫度與氣溫差要控制在25℃以內，否則會因為溫度差和混凝土的收縮而產生裂縫。為此對混凝土質量控制指標提出如下要求：

（1）采用降低水泥用量的方法來降低混凝土的絕對溫升值，可以使混凝土澆筑后的內外溫差在可控范圍，這是大體積混凝土配合比選擇的特殊要求。（2）優先采用水化熱低的礦渣水泥配制大體積混凝土。所用的水泥應進行水化熱測定，水泥水化熱測定可參照現行國家標準《水泥水化熱試驗方法（直接法）》。（3）采用5～40mm顆粒級配的石子，控制含泥量小于1.5%。（4）采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%。（5）混凝土在滿足泵送要求的坍落度的前提

下，最大限度控制水灰比。（6）摻AEA微膨脹劑。

3.1 采取雙摻技術配置混凝土

（1）摻高效減水劑，使混凝土緩凝，要求初凝時間大于9h，以推遲水泥水化熱峰值出現，使混凝土表面溫度梯度減少；（2）加AEA微膨脹劑補償混凝土收縮；（3）保證混凝土澆筑速度，不產生人為冷縮；（4）設加強帶，在加強帶處微膨脹劑摻量增加14%。

3.2 混凝土澆筑完成后采取的保護性措施

（1）底模：除因模板支撐結構需要，滿鋪木枋外，在木模板上滿鋪一層塑料薄膜，再鋪一層竹膠板；在澆筑前三天，澆水濕透；

（2）在三層與轉換板之間，四周用塑料編織布圍護，使板下形成溫棚，減少空氣流動，達到保溫作用；

（3）在澆筑混凝土表面12h后，加塑料薄膜一層、麻袋二層覆蓋；

（4）設溫度測試點，在有代表性的位置設測溫點，隨時了解混凝土澆筑后開始升、降溫情況，隨時準備增、減覆蓋物；

（5）加強對混凝土的保養，不斷觀察混凝土保濕狀況，定時澆水保濕。

在澆筑第二層1.2m厚混凝土3d后，混凝土內部溫度達到56℃，更要加強保溫保濕措施。考慮到第一層混凝土板對上面第二層溫度變形的約束，除認真控制混凝土內外溫差外，該板結構設計在1.2m厚板下400mm處，設一層Φ22mm、@200mm×200mm的鋼筋網片，以防止上層混凝土變形時拉裂下層混凝土。

4 混凝土結構不同部分溫度計算方法

4.1 混凝土溫度的計算

（1）混凝土的絕熱溫升：

T=W×Q0×（1-e-mt）/cr，

其中：T—混凝土的絕熱溫升（℃）；W—每立方米水泥用量，W=540kg；Q0—每千克水泥最終水化熱量（J/kg），28d的累計水化熱，Q0=460440J/kg；c—混凝土比熱容，c=976.6J/（kg·K）；r—混凝土密度，r=2500kg/m3；t—混凝土齡期（d）；m—常數，與水泥品種，澆筑時的溫度有關。

混凝土最高絕熱溫升：

Tmax=540×460440/（976.6×2500）=101.84°C。

（2）混凝土中心溫度：

Th=Tj+Tmaxζ，

其中：Th—混凝土中心溫度（℃）；Tj—混凝土澆筑溫度（℃）；ζ—不同澆筑混凝土塊厚度的溫度系數，對1m厚混凝土3d時，ζ=0.37。

（3）混凝土澆筑溫度：

Tj=Tc+（Tp+Tc）×（A1+A2+A3），

式中：Tc—混凝土拌和溫度，按多次測量資料，有日照時拌和溫度比當時溫度高4～6℃，無日照時拌和溫度比當時溫度高2～3℃，此處按3℃計；Tp—混凝土澆筑時的室外溫度，6月上旬，室外平均溫度以28℃計；A1+A2+A3—溫度損失系數。其中混凝土裝卸時，每次為0.032（裝車、出料二次計），A1=0.032×2=0.064；混凝土運輸時，A2=Qt（Q為滾動式攪拌車每min溫升系數0.0042，混凝土泵送不計；t為運輸時間，以min計算，從商品混凝土公司到工地約30min）；澆筑過程中A3=0.003×60=0.18（每次溫度損失系數值取0.003，運轉60次）。

Tj=Tc+（Tp+Tc）×（A1+A2+A3）=24+（21+24）×（0.064-0.126+0.18）=29.31℃，則混凝土內部中心溫度： Th=Tj+Tmaxζ=29.31+101.84×0.37=66.98°C。

從溫度計算公式得知，在混凝土澆筑后第三天內部實際溫升為66.98℃，比當時室外溫度（21.7℃）高出近46℃，必須采取相應措施，防止大體積鋼筋混凝土板因溫差過大產生裂縫。

4.2 溫度應力計算

計算溫度應力的假定：（1）混凝土等級為C50，水泥用量較大，540kg/m3；（2）混凝土配筋率較高，對控制裂縫有利；（3）底模對混凝土的約束可不考慮；（4）幾何尺寸不算太大，水化熱溫升快，散熱也快。因此，降溫與收縮的共同作用是引起開裂的主要原因。

首先驗算由溫差和混凝土收縮所產生的溫度應力σmax是否超過當時厚板的極限抗拉強度Rc。

采用公式：σmax=EaT[1-1/（Lcoshβ/2）]s，

式中：E—混凝土各齡期時的彈性模量，Et=Ec（1-e-0.9t）（e=2.718自然對數的底，t—混凝土的齡期（d），Ec—混凝土28d時C50的彈性模量，Et=3.5×105MPa）；a—混凝土的線膨脹系數1.0×10-5；L—結構長度，本工程厚板長度L=44m；T—結構計算溫度：該厚板最大絕熱溫升Tmax=101.84°C，實際溫升最高在混凝土澆筑后第三天T3=Tmax×ζ=101.84°C×0.37=37.68°C；s—混凝土應力松弛系數；coshβ—是雙曲余弦函數，其中，H—結構厚度，本工程厚板厚度H=0.8，H/L=0.8/44=0.018≤0.2，符合計算假設；Cx—混凝土板與支承面滑動阻力系數，對竹膠模板，比較沙質土的阻力系數取Cx=30N/mm2。

根據以上公式代入相應數據，得σmax=1.18MPa≤1.89MPa，可知不會因降溫時收縮引起裂縫。

5 實例分析

本工程施工過程中采用了建筑電子測溫儀測溫。兩次澆筑后分別選取了10個和7個測溫斷面，每個測溫斷面分別在上、中、下及覆蓋層下埋設測溫傳感器，在澆筑混凝土后的5d內，每2h測讀一次溫度（瞬時值），同時監測氣溫。實際測量結果與理論計算（中間斷面點）對比如表1所示，可以看出理論計算與實測數據較接近，結果表明文中所采用的施工方法可以作為以后制定保溫保濕措施的理論依據。

表1 溫度測試結果對照表℃

6 結束語

溫度裂縫的控制是大體積混凝土施工中的難點和重點，溫度裂縫的產生原因一般不是由單一的因素造成的，但受內部水化熱和外界環境溫度的變化影響較大。為避免和控制大體積混凝土溫度裂縫的出現，除了在施工前進行認真計算外，還要做到在施工過程中采取一系列有效的溫度控制措施，以確保大體積混凝土結構的整體質量。

參考文獻

[1] 劉曉明.高層建筑筏形基礎混凝土施工溫度裂縫控制[J].山西建筑，2007年32期

[2] 唐習文.建筑工程大體積混凝土裂縫的控制施工技術[J].硅谷，2008年第15期