大體積混凝土溫度場及裂縫控制

羅 強，高芳勝

（深圳市安托山混凝土有限公司，廣東深圳518040）

0 引言

隨著我國經濟的發展，在進行基礎建設的過程中，大體積混凝土的應用越來越廣泛?！洞篌w積混凝土施工標準（GB 50496—2018）》定義混凝土結構物實體最小尺寸不小于1m，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土為大體積混凝土。水泥在水化過程中會產生大量熱量，在大體積混凝土內外部散熱能力不一，會導致溫度差從而產生溫度應力，使得形成溫度裂縫。大體積混凝土施工中，溫度是核心指標之一?，F有研究普遍認為：大體積混凝土在硬化過程中產生的水化熱引起混凝土內外溫差超過25℃會導致混凝土開裂，而單一的指標往往不能夠全面的反應結構中的溫度變化。本文基于安托山總部大廈工程實例，對混凝土內溫度變化進行多維度分析，并從施工角度對混凝土澆筑后如何降低水化熱提出幾點方法，從而對裂縫控制目的進行研究。

1 工程概況

安托山總部大廈項目位于深圳市福田區，香蜜湖街道北環路南安托山園區。場地北側為安托山投資有限公司辦公樓，西側為安托山混凝土有限公司，南側臨近萬科臻山府項目，東側臨近安托山六路，交通較為便利。項目建筑用地面積18086.83m2，總建筑面積約179090.48m2，地塊呈長方形，南北方向寬約為74m，東西方向長約為245m，共計三棟高層建筑。其中：一類高層研發大樓A座地上39層，高度190.7m；B座一類高層宿舍，地上33層，高度118.25m；C座一類高層綜合樓，地上21層，高度97.5m；地下一至四層為停車庫及設備用房，設計使用年限50年。地下室建筑面積為46782.53m2，結構為四層，層高分別為3.8m、4.4m、4.8m、6.05m，塔樓范圍內底板厚度為1500mm和1100mm，人防及非人防底板厚度為900mm，最小承臺尺寸為2.8m×2.8m×1.6m，最大承臺尺寸為44.4m×9.4m×5.8m。本工程底板結構采用高性能混凝土，施工時間為2018年4—5月。

2 控制措施

2.1 溫度監測控制

通過溫度監測，掌握天氣變化規律、原材料溫度情況、混凝土出機口溫度、混凝土澆筑溫度、澆筑塊內部溫度變化等，并分析隨時調整溫度控制措施。①施工現場值班室設置水銀溫度計進行日常氣溫觀測，并隨時做好記錄；②項目部質檢部、試驗室在混凝土澆筑前采用溫度計及時對混凝土原材料及混凝土出機口溫度進行溫度監測，并做好記錄，依此調整溫控措施；③混凝土澆筑每4h檢測一次出機口溫度，入模溫度測量，每臺班不應少于2次；④對于敷設冷卻水管的底板，測試澆筑體里表溫差、降溫速率及環境溫度，每晝夜不應少于4次；⑤大體積混凝土澆筑體內溫度檢測點布置采用埋設測溫線，通過電子測溫儀進行測量，具體布置方式如下：每100m2倉面面積不少于1個測點，沿混凝土澆筑體厚度方向按表層、底層和中心溫度測點進行布置，共3個點，則底板共布置15個測溫監測點。其次，混凝土澆筑體表層溫度測點宜埋設在冷卻水管與混凝土上表面1/2處。再次，混凝土澆筑體底層溫度宜在混凝土澆筑體底面以上與冷卻水管距離1/2處。最后，混凝土澆筑體中心溫度測點宜在混凝土澆筑體中心冷卻水管左側10cm處。

2.2 施工階段

①施工人員需要對混凝土各個階段的溫度進行控制。混凝土進入澆筑模板之前的溫度應該控制在5～30℃，該階段混凝土的溫升值應小于50℃?；炷翝仓w完全凝固之前內部和外部的溫度差距最大不能超過25℃，即混凝土表面溫度和中心溫度之間的差距?；炷寥战禍厮俣炔荒艹^2℃，當混凝土保溫覆蓋膜拆除后混凝土溫度與外界溫度之間的差距不能超過20℃；②混凝土攪拌站需要對水泥、骨料、外加劑、摻合料的選擇進行控制，保證混凝土配合比達到最佳。選擇水泥時應注重其性能，為了降低水化熱和凝結時間的影響，應該選擇水化熱低、凝聚時間長且強度性能符合要求的水泥，常見的水泥材料類型為硅酸鹽水泥。骨料應該盡量選擇非堿活性的粗骨料和細骨料，粗骨料應該保證粒徑大小合適且含泥量符合要求，粒徑合適則能夠降低混凝土的絕熱溫升，含泥量合適是為了保證混凝土性能符合要求；細骨料應該選擇粒徑小于4.75mm的砂，一般來說細骨料應該選擇細度模數在2.3～3.0mm且含泥量小于3%的中砂，這樣才能降低大體積混凝土水化熱產生溫度裂縫的概率。添加外加劑的目的是減少混凝土材料用量、降低混凝土施工成本以及降低混凝土的水化熱，因此混凝土外加劑的選擇應該按照減水劑、膨脹劑、泵送劑進行劃分，外加劑的類型選擇應該從目的出發。添加摻合料的目的是降低混凝土水泥的用量，水泥用量越多越不容易對混凝土溫度進行控制。摻合料主要有煤粉灰和?；郀t礦渣粉兩種類型，煤粉灰的使用可以減少10%左右的水泥用量，從而降低大體積混凝土的水化熱，而?；郀t礦渣粉通過減少混凝土的沁水量，同樣可以達到降低大體積混凝土水化熱的目的，因此摻合料的適當使用可以起到抗裂防治的作用；③大體積混凝土澆筑過程中需要控制內部和外部的溫度差距，因此最好選擇分層澆筑或者跳倉澆筑的方法，使混凝土未終凝時內部應力可以釋放出來，不容易因約束或者應力而產生溫度裂縫。混凝土分塊澆筑的方法可以減少每個澆筑段的蓄熱量，這樣由于水化熱引發溫度裂縫的概率也會明顯降低。除此之外，澆筑混凝土時還應該對特殊天氣進行預防，防止溫度、風、雨雪對混凝土的性能造成影響。夏季和冬季溫差大，在混凝土澆筑過程中必須做好保溫和保濕措施，這兩個季節的混凝土澆筑難度過大；雨雪天氣應該使用塑料薄膜進行覆蓋，防止雨水直接沖刷未完成凝結的混凝土?；炷翝仓^程中還需要進行振動，但是不能過度振搗或者漏振，防止因混凝土沁水而產生收縮裂縫。為了控制混凝土內外溫度差距，可以適當延緩混凝土模板拆卸的時間，從而降低溫度裂縫產生的概率。

2.3 底板跳倉法施工

本工程地下室施工階段采用跳倉法取消傳統的施工后澆帶。跳倉法原理：采用“抗放兼施”“先放后抗”，最后以“抗”為主的綜合方法來控制混凝土結構裂縫。也就是在超長超大混凝土結構工程的施工中，利用混凝土在5~10d期間的性能尚未穩定并且沒有徹底凝固前容易將內應力釋放出來的原理，將超長的混凝土塊體用垂直施工縫分為若干區域，按照“分塊規劃、隔塊施工、分層澆筑、整體成型”的施工原則，每隔一段澆筑一段，并且相鄰兩段澆筑間隔時間不少于7d，以此來避免混凝土施工初期的部分激烈溫差及干縮作用。

2.4 提高混凝土攪拌質量，改善混凝土性能

①嚴格控制混凝土出機的溫度?；炷林械氖訙囟纫约八疁貙ζ溆绊懮醮?，為了能更好地控制其出機溫度，砂石骨料進行全封閉覆蓋，避免太陽直曬，并及時用水沖洗降溫；②對輸送管進行覆蓋并噴灑冷水降溫，對水箱及水管加蓋遮陽隔熱設施；③改進攪拌工藝。采用裹砂法進行攪拌，即先把水、水泥和砂拌和，再投入石子進行攪拌，減少泌水現象的產生，降低混凝土上下層的強度差。

2.5 特殊溫度裂縫抗裂防治措施

①薄壁冷水循環系統。大體積混凝土利用冷卻水管和熱傳遞效應將混凝土中的熱量傳遞到冷卻水系統中，降低了混凝土內部的熱量，對防止水化熱產生溫度裂縫具有明顯效果。薄壁冷卻水循環系統主要包括蒸發器、冷凝器、冷水泵、薄壁冷卻水管、冷卻塔、冷卻水泵、溫度傳感器、緩沖水箱等設備，通過溫度反饋系統自動調節冷卻水循環系統完成對混凝土溫度的控制；②預冷拌和水和骨料。大體積混凝土同樣可以使用預冷拌和水和骨料對進入混凝土模型的溫度進行控制，預冷拌和水通常使用地下水或者制冷機冷卻水。在骨料與混凝土拌和之前先使用冷水沖刷骨料，然后在拌和過程中摻入冰屑，最后通過遮陽棚和濕麻袋對骨料降溫，即可達到降低混凝土水熱化的目的，從而控制溫度裂縫的產生；③液氮冷卻。液氮冷卻需要通過管道傳輸的方式讓混凝土與液氮充分接觸，據測試液氮可以將混凝土進入澆筑模板之前的溫度控制在25～30℃。該種方法雖然不會降低混凝土的性能，也不會造成額外的污染，但操作起來難度較大；④補水軟管。養護人員可以先在混凝土表面設置軟管，然后在保溫材料和軟管之間多設置一層塑料薄膜或麻袋片，最后在覆蓋塑料薄膜和混凝土表面之間灑水，這樣可以提高混凝土的養護效果，降低溫度裂縫產生的概率。

3 結語

大體積混凝土的溫度控制是裂縫控制的關鍵一環，通過對具體大體積混凝土工程實例澆筑后溫度變化情況的研究，確定了大體積混凝土結構在澆筑后極易產生裂縫的原因，并據此提出了可行的裂縫控制措施。