大體積混凝土防溫度裂縫的跟蹤測試信息化施工技術

王文利 陳建兵 徐長春

1. 河北建工集團有限責任公司 石家莊 050051；2. 河北省第四建筑工程有限公司 石家莊 050051

1 施工方案

1.1 工藝原理

通過優化配合比設計，采取必要的技術措施，降低大體積混凝土水化熱，控制溫升，延緩降溫速率，減少混凝土收縮，控制混凝土出現裂縫[1-4]。

1.2 技術措施

1.2.1 材料選擇

水泥：采用某公司生產的P.O 42.5。

粗骨料：采用碎石，粒徑5～20 mm，含泥量為0.2%。細骨料：采用中粗砂，含泥量為2%。

粉煤灰：摻加磨細粉煤灰可改善混凝土的黏聚性、和易性，便于泵送，粉煤灰的摻量控制在10%以內。

外加劑：為達到能減水緩凝，本工程選用QSN-01A萘系高效型減水劑。

1.2.2 控制混凝土出機溫度

根據由攪拌前混凝土原材料總熱量與攪拌后混凝土總熱量相等的原理，混凝土的出機溫度與原材料的溫度成正比，因此外界氣溫高時需對原材料采取降溫措施[5]。

1.2.3 控制混凝土澆筑溫度且連續均衡供應

為確保施工進度和證施工質量，大體積混凝土澆筑應連續均勻供應，確保供應量不少于50 m3/h。在澆筑過程中，由于輸送混凝土管道阻力問題，送管道溫度過高，應采用麻袋包裹住輸送管道，在其上覆蓋草包并反復淋水，以達到降溫。

考慮混凝土的水平分層澆筑裝拆管道過于頻繁，施工組織難以實施，故采用分層澆筑方式以使混凝土的水化熱盡快散開，控制分層澆筑推進時間，確保下層混凝土有效散熱，但應超過混凝土初凝時間，以防出現冷縫及無計劃施工縫。

1.2.4 加強混凝土養護

混凝土澆筑完6 h內加以覆蓋和澆水，大體積混凝土養護開始時間為澆筑完成后12 h以內開始，養護方法根據氣溫不同采用降溫和保溫兩種。降溫即蓄水灑水或噴水養護，保溫是使用保溫材料覆蓋養護（塑料薄膜、草袋等）及薄膜養生液養護。澆水次數以能保持混凝土有足夠的濕潤狀態為準，養護期限不少于7 d。

1.2.5 監控混凝土溫度動態變化

溫度直接影響整個混凝土基礎質量，因此在施工過程中應監測各溫度變化，及時調整溫控措施，保證規范要求的內部與表面的溫差小于25 K及降溫速率。

2 施工方法

2.1 混凝土澆筑原則

連續澆筑，內部密實，不出現施工冷縫及無計劃施工縫[6]。采取水平沿底板方向平行推進，豎向采用斜向分層、薄層澆筑、自然流淌、循序推進、一次到位的連續澆筑方式[7]。

2.2 振搗

采用二次振搗方法，準備4 條振搗棒對基礎混凝土邊角進行全面振搗，振搗插點均勻排列，逐點移動，順序進行。下層混凝土振搗應自下而上，上層振搗自上而下，振搗直到混凝土不再下沉，不再形成氣泡，表面出漿呈水平狀態為止。振搗棒操作做到“快插慢拔”，振搗下棒間距不大于振搗作用半徑的1.5 倍，插入下層混凝土內深度不應小于50 mm，澆筑層厚度為振搗器作用部分長1.25 倍，一般可取50 cm。

混凝土初凝前要進行一次振搗，防止泌水在細骨料和水平鋼筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土對鋼筋的握裹力，以增強密實度、強度及抗裂性。

2.3 泌水處理

由于混凝土輸送采用泵送，振搗后必將產生大量水分，在澆筑過程中會產生大量泌水和漿水，經混凝土坡腳流淌到坑底，經積水坑排放到基坑外[8,9]。

2.4 混凝土表面處理

為保證混凝土表面平整度和標高，在鋼筋支架上焊接Φ10 mm@2 000 mm的豎向鋼筋，根據設計標高做標記。初凝前用木抹子對混凝土表面打磨壓實，混凝土初凝后，再兩次搓壓，閉合混凝土表面收縮裂縫，覆蓋保溫層進行養護。

2.5 混凝土養護及試塊留量[10]

混凝土養護采用蓄熱法，塑料布間隔草袋作為保溫層，根據混凝土配合比及施工期間環境氣溫確定保溫層厚度。混凝土澆筑后，按順序及時蓋上塑料膜作為密封層，鋪上草袋。在混凝土降溫過程中，控制保溫層厚度，進而控制表層混凝土降溫速率，確保混凝土內外溫差小于25 k。混凝土保溫養護不少于14 d，在養護期間，根據測試混凝土凝結過程的溫度變化情況，及時發現易發生裂縫區域，并采取有效措施，防止裂縫產生。

3 溫度和應變監測

背景工程的總建筑面積約52 000 m2。其中水泥粉磨底板尺寸15.6 m×15.5 m×5 m，混凝土澆筑量為1 200 m3，為大體積混凝土，強度等級為C30。監測內容為外界環境溫度、混凝土入模溫度、混凝土內部溫度和混凝土的應變等。通過測溫和應變監測，得出結構物內部及表面的溫度和應力，以此為依據，采取有效措施控制溫升和降溫速率，防止產生裂縫。

3.1 測溫監測點布置[11]

根據平面形狀尺寸、厚度等不同情況，合理經濟地布設測溫點，如圖1、圖2所示。

為保證測溫點的代表性和可比性，混凝土測溫孔應不大于25 mm，本工程大體積混凝土內部共布置24 個測溫點，表層測溫點、中層測溫點、底層測溫點各6 個，埋設深度分別為0.2 m、2.5 m、4.8 m。

圖1 溫度監測點平面布置示意

圖2 溫度監測點剖面示意

3.2 溫度監測點監測

監測內容主要包括外界環境溫度、混凝土入模溫度、混凝土內部溫度。

根據工期安排，立磨基礎大體積混凝土施工在夏初施工。采用混凝土公司預拌混凝土，攪拌車運輸，拖泵輸送，混凝土入模溫度為25 °C。

混凝土中心溫度和表面溫度的測量應在在混凝土澆筑完畢12 h后開始，第1～5d內每隔2 h測一次，第6～15d內每隔4 h測一次，第16d之后每隔6 h測一次，與此同時監測施工環境溫度。

3.3 監測結果與分析

3.3.1 溫度變化曲線

根據記錄繪制各組典型測點的溫度變化曲線，如圖3所示。

圖3 測溫點混凝土溫度隨齡期的變化曲線

通過以上監測數據可知，混凝土養護初期溫度變化最大，各部位溫度分布不均衡，與外界接觸處（靠近模板邊緣和混凝土上表面）監測點溫度曲線波動較大，主要受表面所接觸外界溫度變化和外部接觸介質的影響。混凝土內各中心測點溫度峰值基本發生在混凝土澆筑后3～5 d，溫度在59 °C～64 °C之間。由于混凝土的上表面散熱面積大，與外界環境直接接觸，因而放熱量大，故混凝土上表面溫度低于下表面溫度。混凝土是熱的不良導體，側面為木質模板，所以可以認為主要的熱傳導是沿垂直方向，由于水泥粉磨大體積混凝土體積較大，高度為5 m，中心溫度很難釋放，故在養護中期降溫極其緩慢。下表面溫度受本工程C10素混凝土墊層的影響，很難往下釋放熱量，所以下表面一直維持在一個特別緩慢的降溫階段。

3.3.2 混凝土應變測定

通過實測混凝土應變，繪制典型各測溫點應變變化曲線，如圖4所示。

圖4 測溫點應變隨混凝土齡期的變化曲線

由圖4可知，混凝土的最大拉應力一般出現在混凝土上表面，上表面通過與大氣進行熱交換，溫度迅速下降，所以上表面應變一開始會出現微小的壓應變，而混凝土內部澆筑時間較上表面早、溫度下降較慢，以至于產生內外溫差的結果，此時混凝土正處于“易開裂期”。1號點由于位于中心位置，中心溫度很難釋放，故應變一直處于壓應變狀態。所以混凝土上表面是出現溫度裂縫的危險區域。中心應變與上表面應變趨勢相近，隨著混凝土溫度的降低，雖然拉應變越來越大，但此時混凝土己具有一定的抗拉強度，可以抵御所受的微小拉應力的作用，此時混凝土出現裂縫的可能性并不大。3號點和6號點由于在最外側，接近混凝土邊緣位置，下表面溫度散熱較快，所以從第3天之后一直處于拉應變的狀態。

3.3.3 混凝土軸心抗壓強度和抗拉強度

本次試驗制作的C30非標準150 mm×150 mm×150 mm立方體抗壓強度試塊均在標準條件下進行養護，試驗時混凝土齡期分別為3 d、5 d、7 d、10 d、14 d、21 d、28 d。

實驗結果表明，大體積混凝土試塊在該配比之下，標準養護混凝土3 d內強度可以達到設計的50%，根據以往數據比對，可發現該試塊3 d內可以達到同條件標準養護試塊強度1.3～1.5倍，20 d的強度可以達到100%，28 d的強度可以達到設計的120%左右。說明該配比混凝土在大體積內部較高的溫度下強度增長較快，采用28 d強度配比來配置大體積混凝土在強度上比較偏于保守，而且水化熱較高，經濟上也比較浪費。

4 結語

大體積混凝土裂縫的產生受混凝土原材料、配合比、施工方法、施工質量、養護、環境等多種因素的影響，控制混凝土工程裂縫產生應采取多方面措施。大體積混凝土的跟蹤測試信息化施工技術是在混凝土施工過程中實施混凝土的溫度、應變-應力跟蹤監測，做到混凝土工程跟蹤、監測、監控、施工的有機結合，實現信息化施工，根據監測信息及時調整施工方案，從而確保大體積混凝土的施工質量，有效防止裂縫的產生，該項施工技術的成功應用對于類似工程具有現實指導意義。