大體積混凝土基礎(chǔ)施工的溫度裂縫控制

邢治鋼， 焦金華

1 北京四達貝克斯監(jiān)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(fā)電機廠房，基礎(chǔ)采用平板式筏板基礎(chǔ)?；A(chǔ)底板厚度分別為：燃料廠房部分為3 000 mm，應(yīng)急柴油發(fā)電機廠房部分為1 400 mm和2 400mm，總體積達4 200m3?；A(chǔ)底板采用C35粉煤灰防水混凝土，抗?jié)B等級為P8?；炷翝仓C具主要采用布料機、汽車泵。

2 溫度應(yīng)力的分析

2.1 溫度應(yīng)力的形成

根據(jù)溫度應(yīng)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(jié)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(nèi)形成殘余應(yīng)力。2）中期:自水泥放熱作用基本結(jié)束至溫度穩(wěn)定。這個時期，溫度應(yīng)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(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)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(zhuǎn)時期，溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化引起的，這些應(yīng)力又與前兩種殘余應(yīng)力相疊加。

2.2 溫度應(yīng)力引起的原因

溫度應(yīng)力引起的原因可分以下幾類:①自生應(yīng)力，由于結(jié)構(gòu)本身相互約束出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。如在核島底板結(jié)構(gòu)中，因結(jié)構(gòu)相對尺寸較大，混凝土冷卻時表面溫度較低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在內(nèi)部出現(xiàn)壓應(yīng)力。②約束應(yīng)力，結(jié)構(gòu)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(yīng)力。此類應(yīng)力主要出現(xiàn)在大型箱涵后澆頂板，在核島廠房大底板中此類應(yīng)力影響較小。這兩種應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)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(dāng)氣溫下降，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土內(nèi)部的溫度梯度，造成溫差與溫度應(yīng)力，使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。海南受海洋氣候影響，晝夜溫差加大，因此在施工中應(yīng)采取措施避免此類影響。

3 裂縫的預(yù)防措施

3.1 選擇合理配合比——防止溫度裂縫的基礎(chǔ)

混凝土的配合比決定了混凝土的強度、抗?jié)B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(biāo)。根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點、設(shè)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(shè)計時主要從以下幾方面考慮:

1）水泥的選擇和使用，結(jié)合本地區(qū)的建材生產(chǎn)狀況及成本，經(jīng)過供應(yīng)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(shù)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(shè)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(xù)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(nèi)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(nèi)部建立一定的膨脹應(yīng)力以抵消混凝土收縮時的應(yīng)力,減小混凝土內(nèi)部的微裂紋，提高混凝土的抗?jié)B性。

3.2 嚴格執(zhí)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(jié)構(gòu)形成的階段，一次必須制定并執(zhí)行嚴密的澆筑施工方案，以防止溫度裂縫出現(xiàn)。

1）合理組織機械設(shè)備，保證混凝土連續(xù)澆筑?，F(xiàn)攪拌站每臺機組的攪拌能力能達到55m3/h,筑混凝土?xí)r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(shè)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(yīng)在30分鐘左右進行二次振搗以免出現(xiàn)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(chǎn)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(zhì)量。

3）混凝土收面，由于底板大體積混凝土配合比設(shè)計加入多種摻合料，混凝土內(nèi)部膠體率較高，振搗后混凝土浮漿較厚，為防止表面產(chǎn)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(fā)，促進了養(yǎng)護。

3.3 溫度控制——防止溫度裂縫的關(guān)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?dāng)嚢杌炷?，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(yǎng)護

因海南天氣炎熱,據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶炙峁┬畔?大氣平均溫度取34℃,混凝土澆筑后12 h內(nèi)應(yīng)進行保濕養(yǎng)護,底板混凝土養(yǎng)護采用兩層塑料薄膜、三層麻袋保溫養(yǎng)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(nèi)外溫差。當(dāng)內(nèi)外溫差小于25℃能夠充分發(fā)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(yǎng)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(nèi)，混凝土表面溫度與大氣溫差（麻袋內(nèi)）宜控制在20℃以內(nèi)，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(chǎn)生,因此從混凝土澆筑到養(yǎng)護期滿必須全過程監(jiān)測,隨時掌握混凝土內(nèi)部溫度狀況以采取相應(yīng)的技術(shù)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(xù)階段及溫度下降時每6小時測定一次,當(dāng)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(huán)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(shè)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(yīng)及時整理,根據(jù)測溫數(shù)據(jù)做出測溫曲線圖，并提出簡明扼要的成果分析報告?；炷翜y溫記錄應(yīng)及時反饋、報送工程公司及監(jiān)理公司質(zhì)控人員，并根據(jù)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(zhuǎn)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(fā)較大，如此時私自拆除模板，形成溫度沖擊現(xiàn)象，表面溫度驟減，引起溫度梯度，從而在表面形成拉應(yīng)力,再加上混凝土干縮，表面應(yīng)力很大，很容易形成裂縫，因此必須根據(jù)混凝土溫度曲線，合理安排模板拆除時間及順序。

4 結(jié)語

大體積混凝土施工難度較大,質(zhì)量控制是一個復(fù)雜的過程，且一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，處理起來比較困難。作為監(jiān)理方要了解大體積混凝土施工過程及特性，才能做到預(yù)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(huán)節(jié)都能基本做到，大體積混凝土施工質(zhì)量是能得到保證的。

[1]GB50496-2009,大體積混凝土施工規(guī)范[S].

[2]GB50204-2002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[3]0738JT004,混凝土工程用水泥[S].