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摘要:大体积混凝土施工中，水化反应产生的热量不易控制，导致内外温差过大，因此容易引起温度裂缝，为此，必须加强大体积混凝土施工温度控制，采取相应必要的措施。本文结合高层建筑筏板基础大体积混凝土施工实例，着重阐述了大体积混凝土温度应力控制要点，并进行温度监测数据分析及混凝土防裂验算，有效避免和控制了温度裂缝的出现，可供参考。
关键词:大体积混凝土；温度裂缝；温度应力；温度监测；防裂验算
中图分類号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
随着经济建设步伐的持续加快，大体积混凝土广泛应用于各类工程建设当中，如筏板基础、水利工程大坝等。大体积混凝土主要的特点就是体积大,一般实体最小尺寸大于或等于1m。它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生裂缝。如果不进行合理的控制，会影响到大体积混凝土结构的耐久性和稳定性。因此，在大体积混凝土施工中合理控制混凝土温度，采取科学裂缝控制措施是减少裂缝和提高混凝土浇筑质量的关键因素。
某高层建筑工程，主楼基础尺寸约为119m×34m，筏板厚2m，属大体积混凝土，沿纵向设置了3道后浇带。施工时按后浇带位置将筏板划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ3个施工段(见图1)，混凝土用量分别为2100，2987.6，2100m3。施工时间为夏季，日均气温达30℃左右，最高温度达36℃。炎热天气对大体积混凝土的施工是把双刃剑，给入模温度等参数的控制带来诸多困难，对混凝土表面与大气间的温差控制有益，但总体上弊大于利。
图1 筏板基础后浇带划分及温度测孔布置平面
本文选取筏板基础Ⅱ段的混凝土作为研究对象，从混凝土自身材料、施工过程、养护方案等方面，论述了大体积混凝土施工时的温度应力控制要点。通过对混凝土自浇注完成后20d的温度实测数据进行研究，绘制了混凝土沿筏板不同高度截面上温度发展的时程规律；分析了混凝土内外温差、表面与大气间温差时程曲线及降温速率等参数的特点。根据文献要求对该大体积混凝土进行防开裂验算，指出了温度应力裂缝最可能出现的时间点。积累了以28d强度为评定标准的大体积混凝土在炎热天气条件下施工时的第一手数据资料，可供类似工程施工时参考。
1 温度应力控制要点
1.1 混凝土原材料
本筏板基础混凝土采用C40防水混凝土，抗渗等级P6。鉴于当地没有低水化热的矿渣水泥供应，采用P·O42.5水泥，并掺加了一定数量的粉煤灰和矿粉，具体掺入量需根据实验室试配并结合规范要求确定。中砂、石子粒径5～25mm、设计坍落度(170±20)mm，水胶比0.37，砂率39%。考虑到筏板基础尺寸较大及施工气候等实际情况，混凝土搅拌时按胶凝材料的5%掺加了纤维膨胀剂，以增强混凝土抗温度应力的能力，混凝土配合比(kg/m3)为:水:水泥:砂:碎石:粉煤灰:减水剂:膨胀剂:矿粉=
1.2 过程控制及养护方案
1.2.1 入模温度控制
入模温度对大体积混凝土后期的温度应力控制有较大影响。混凝土浇注前，要求商品混凝土供应厂家对砂、石骨料提前3d遮阳覆盖，且在覆盖前对石子采用地下深井水冲洗。拌合水采用即时抽取的地下深井水，温度不超过15℃。混凝土运输路程约10km，运输过程中对运输车辆有效覆盖。加强混凝土出机温度及入模温度监控，当入模温度过高时，通过掺加冰块等方法及时调整拌合水温度。本次混凝土浇注时测定34组入模温度数据，最高值达33℃，最低值为29℃，平均值约为30.5℃。
1.2.2 布置温度测点
本工程大体积测温孔主要布置在底板边缘、基础中部、截面变化处及后浇带处。测温孔按10m间距布置，距梁、墙边角大于500m，其具体位置如图1所示。每个测温点沿板厚方向从上往下分a，b，c，d4层预埋4根φ25mm的薄壁钢管，与底板钢筋马凳绑扎牢固，测温管下端封口，上端露出混凝土面10cm，浇注完成时即用油灌满，管口用软木塞塞紧，同时上端应贴上深度标志胶带以便区分，具体作法如图2所示。
图2 温度监测孔沿筏板高度的测温点布置
1.2.3 浇注及养护方案
本工程基础筏板大体积混凝土浇注前对混凝土每小时浇注量及供应情况等均作了详细调研，对方案及应急预案进行了科学布置。浇注时采用斜面分层、整体推进的方式连续进行。在混凝土浇注完毕，混凝土表面压光扫毛后，及时采用塑料薄膜覆盖保水，要求封闭严密。在筏板四周支设12cm高木方，并浇注12cm高的混凝土挡水檐，进行蓄水养护，依据文献，以2m底板为例进行蓄水高度计算，取混凝土中心最高温度为80℃，计算蓄水深度约为10.8cm。根据温度实测及温差的实际情况，及时调整蓄水深度或注入温度较低的深井地下水，预计蓄水养护14d。
2 温度监测数据分析及混凝土防裂验算
2.1 温度监测及数据分析
大体积混凝土浇注6～8h后开始测温，当混凝土中心温度接近大气温度时停止测温。混凝土测温时间间隔为:混凝土浇注后1～3d为2h，4～7d为4h，其后为8h。测温时发现混凝土内部最高温度与表面温度之差达到25℃或温度异常，应根据应急预案中的规定对蓄水深度或冷水注入量及时调整。绘制测点8，10，12，16不同高度处的实测温度及大气温度时程曲线，如图3所示。根据温度实测情况，对不同测点的最高温度及降温阶段的数据分析，如表1所示。表1中升温和时间指大体积混凝土内部达到最高温度与入模温度的温差及其所需时间；降速指大体积混凝土达到最高温度后的降温速度。
表1 不同测点温度实测数据分析
图3 代表性测点温度数据实测时程曲线
从图3及表1中看出，混凝土浇注完成36～40h，温度达到最大值，不同测点温度峰值为75～85℃不等，温度最高值多出现在b点，比入模温度平均高出48℃。入模温度越高，其峰值温度越大，且出现峰值所需时间越短，说明入模温度对后期温度的发展规律影响较大。
从图3中看出，不同测点相同高度处温度时程规律类似:a点最初5d左右温度比较恒定，达55℃左右，比大气温度高出约20℃；然后温度降低，且降温速率较小。b点与c点前期温度较d点温度高，最大时约高出15℃，这与d点比较接近地基，较易导热有关；5d后这3个测点温度比较接近，发展规律也基本一致，均为逐步降低。不同测点的峰值温度持续2.5～4d后，开始回落。降温阶段温度时程曲线比较平稳，接近线性。至浇注完成约20d时，a点温度降至38℃左右，与大气温差为2～3℃；b，c，d温度约为42℃，而后温度缓慢回落并趋于稳定。
2.2 温差分析及防开裂验算
2.2.1 温差分析
在大体积混凝土施工中，混凝土表面与大气间、中心区域与表面间的温差控制是重要控制点。本文选取测点8，10，12，16，分别绘制了自测温开始至测温结束约20d时间内，a点与大气间、a点与b点间温差的时程规律，如图4所示。
图4 a点与大气间、a点与b点间温差时程曲线
由图4a可看出，a点与大气间的温差前2d温差较大且有波动，最高约达30℃，随后该温差降低，在后续2～6d内温差稳定，约为20℃，6d后温差又逐渐降低，至20d时，温差基本消失，混凝土表面温度与大气温度基本接近。从图4b可以看出，b点与a点之间温差在最初2d急剧上升，最大可达33℃，而后温差相对稳定，持续3d后温差进一步降低，降温速率基本接近线性，至20d时，温差约为5℃，且缓慢降低。由表1及图4b可知，前15d降温速率约为1.85℃/d，低于规范要求的2℃/d，且后期降温速率趋缓。
2.2.2 混凝土防开裂验算及实体质量检验
对大体积混凝土而言，前期温升较快且温差较大，而此时早龄期混凝土的抗拉强度较低，出現温度应力裂缝的可能性较大。根据相关规定:通过比较混凝土自约束应力与防开裂安全应力，可以初步预测该大体积混凝土是否存在开裂风险，选取浇注完成后的前8d混凝土抗拉能力与计算温度应力值相比最不利的时间点，对大体积混凝土进行防开裂分析。
1)龄期t时的混凝土抗拉强度值
ftk(t)=ftk(1－e－γt) (1)
式中:ftk=2.39MPa，γ=0.3。
2)自约束拉应力计算
(2)
式中:α为混凝土线膨胀系数，取为1×10－5；Hi(t，τ)为混凝土松弛系数，本例中取为1；ΔT1t(t)为区段温差，本例只取一个计算区段，龄期为前8d，温差取实测值。Ei(t)为龄期t时混凝土的弹性模量，按下式计算:
根据文献要求，式中:β=1.01，E0=3.25×104MPa，φ=0.09。
3)开裂可能性评估
根据文献规定:
σz≤λftk(t)/K (4)
式中:λ为掺和料对混凝土强度的影响系数，根据规范要求取1.16；K为防裂安全系数，取1.15。
根据上述计算结果，对9个测点处进行防开裂分析，结果相似，本文以第8测点为例，将前8d的混凝土抗拉能力计算值、防开裂计算安全应力值及温度应力计算值进行对比，如图5所示。
图5 测点8处混凝土防裂验算分析
从图5中看出，混凝土温度应力裂缝前3d出现的可能性较大，ftk(t)计算值均小于1.15σz，说明该大体积混凝土存在开裂风险，需要进行防裂措施设计。后期对混凝土面部质量进行检验，除局部出现小范围收缩裂缝外，未发现过多裂缝；对混凝土内部质量采用超声波无损检测设备检验，亦未发现混凝土内部出现应力裂缝，说明温度应力控制效果较好，这主要与混凝土掺加的纤维膨胀剂有一定关系。
3 结语
实践证明，本工程的筏板基础大体积混凝土温度裂缝控制工作是有效的，所采取的一系列措施对控制温度应力和温度裂缝起到了明显作用，在混凝土浇筑完毕至今未出现有害裂缝，混凝土强度也完全符合设计要求。因此，本工程的经验值得类似工程参考借鉴。
参考文献
[1] 王白林.大体积混凝土基础底板施工裂缝控制技术[J].陕西建筑,2012年第05期
[2] 冯伟.筏板基础大体积混凝土温度裂缝的控制[J].建筑施工,2012年10期
关键词:大体积混凝土；温度裂缝；温度应力；温度监测；防裂验算
中图分類号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
随着经济建设步伐的持续加快，大体积混凝土广泛应用于各类工程建设当中，如筏板基础、水利工程大坝等。大体积混凝土主要的特点就是体积大,一般实体最小尺寸大于或等于1m。它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生裂缝。如果不进行合理的控制，会影响到大体积混凝土结构的耐久性和稳定性。因此，在大体积混凝土施工中合理控制混凝土温度，采取科学裂缝控制措施是减少裂缝和提高混凝土浇筑质量的关键因素。
某高层建筑工程，主楼基础尺寸约为119m×34m，筏板厚2m，属大体积混凝土，沿纵向设置了3道后浇带。施工时按后浇带位置将筏板划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ3个施工段(见图1)，混凝土用量分别为2100，2987.6，2100m3。施工时间为夏季，日均气温达30℃左右，最高温度达36℃。炎热天气对大体积混凝土的施工是把双刃剑，给入模温度等参数的控制带来诸多困难，对混凝土表面与大气间的温差控制有益，但总体上弊大于利。
图1 筏板基础后浇带划分及温度测孔布置平面
本文选取筏板基础Ⅱ段的混凝土作为研究对象，从混凝土自身材料、施工过程、养护方案等方面，论述了大体积混凝土施工时的温度应力控制要点。通过对混凝土自浇注完成后20d的温度实测数据进行研究，绘制了混凝土沿筏板不同高度截面上温度发展的时程规律；分析了混凝土内外温差、表面与大气间温差时程曲线及降温速率等参数的特点。根据文献要求对该大体积混凝土进行防开裂验算，指出了温度应力裂缝最可能出现的时间点。积累了以28d强度为评定标准的大体积混凝土在炎热天气条件下施工时的第一手数据资料，可供类似工程施工时参考。
1 温度应力控制要点
1.1 混凝土原材料
本筏板基础混凝土采用C40防水混凝土，抗渗等级P6。鉴于当地没有低水化热的矿渣水泥供应，采用P·O42.5水泥，并掺加了一定数量的粉煤灰和矿粉，具体掺入量需根据实验室试配并结合规范要求确定。中砂、石子粒径5～25mm、设计坍落度(170±20)mm，水胶比0.37，砂率39%。考虑到筏板基础尺寸较大及施工气候等实际情况，混凝土搅拌时按胶凝材料的5%掺加了纤维膨胀剂，以增强混凝土抗温度应力的能力，混凝土配合比(kg/m3)为:水:水泥:砂:碎石:粉煤灰:减水剂:膨胀剂:矿粉=
1.2 过程控制及养护方案
1.2.1 入模温度控制
入模温度对大体积混凝土后期的温度应力控制有较大影响。混凝土浇注前，要求商品混凝土供应厂家对砂、石骨料提前3d遮阳覆盖，且在覆盖前对石子采用地下深井水冲洗。拌合水采用即时抽取的地下深井水，温度不超过15℃。混凝土运输路程约10km，运输过程中对运输车辆有效覆盖。加强混凝土出机温度及入模温度监控，当入模温度过高时，通过掺加冰块等方法及时调整拌合水温度。本次混凝土浇注时测定34组入模温度数据，最高值达33℃，最低值为29℃，平均值约为30.5℃。
1.2.2 布置温度测点
本工程大体积测温孔主要布置在底板边缘、基础中部、截面变化处及后浇带处。测温孔按10m间距布置，距梁、墙边角大于500m，其具体位置如图1所示。每个测温点沿板厚方向从上往下分a，b，c，d4层预埋4根φ25mm的薄壁钢管，与底板钢筋马凳绑扎牢固，测温管下端封口，上端露出混凝土面10cm，浇注完成时即用油灌满，管口用软木塞塞紧，同时上端应贴上深度标志胶带以便区分，具体作法如图2所示。
图2 温度监测孔沿筏板高度的测温点布置
1.2.3 浇注及养护方案
本工程基础筏板大体积混凝土浇注前对混凝土每小时浇注量及供应情况等均作了详细调研，对方案及应急预案进行了科学布置。浇注时采用斜面分层、整体推进的方式连续进行。在混凝土浇注完毕，混凝土表面压光扫毛后，及时采用塑料薄膜覆盖保水，要求封闭严密。在筏板四周支设12cm高木方，并浇注12cm高的混凝土挡水檐，进行蓄水养护，依据文献，以2m底板为例进行蓄水高度计算，取混凝土中心最高温度为80℃，计算蓄水深度约为10.8cm。根据温度实测及温差的实际情况，及时调整蓄水深度或注入温度较低的深井地下水，预计蓄水养护14d。
2 温度监测数据分析及混凝土防裂验算
2.1 温度监测及数据分析
大体积混凝土浇注6～8h后开始测温，当混凝土中心温度接近大气温度时停止测温。混凝土测温时间间隔为:混凝土浇注后1～3d为2h，4～7d为4h，其后为8h。测温时发现混凝土内部最高温度与表面温度之差达到25℃或温度异常，应根据应急预案中的规定对蓄水深度或冷水注入量及时调整。绘制测点8，10，12，16不同高度处的实测温度及大气温度时程曲线，如图3所示。根据温度实测情况，对不同测点的最高温度及降温阶段的数据分析，如表1所示。表1中升温和时间指大体积混凝土内部达到最高温度与入模温度的温差及其所需时间；降速指大体积混凝土达到最高温度后的降温速度。
表1 不同测点温度实测数据分析
图3 代表性测点温度数据实测时程曲线
从图3及表1中看出，混凝土浇注完成36～40h，温度达到最大值，不同测点温度峰值为75～85℃不等，温度最高值多出现在b点，比入模温度平均高出48℃。入模温度越高，其峰值温度越大，且出现峰值所需时间越短，说明入模温度对后期温度的发展规律影响较大。
从图3中看出，不同测点相同高度处温度时程规律类似:a点最初5d左右温度比较恒定，达55℃左右，比大气温度高出约20℃；然后温度降低，且降温速率较小。b点与c点前期温度较d点温度高，最大时约高出15℃，这与d点比较接近地基，较易导热有关；5d后这3个测点温度比较接近，发展规律也基本一致，均为逐步降低。不同测点的峰值温度持续2.5～4d后，开始回落。降温阶段温度时程曲线比较平稳，接近线性。至浇注完成约20d时，a点温度降至38℃左右，与大气温差为2～3℃；b，c，d温度约为42℃，而后温度缓慢回落并趋于稳定。
2.2 温差分析及防开裂验算
2.2.1 温差分析
在大体积混凝土施工中，混凝土表面与大气间、中心区域与表面间的温差控制是重要控制点。本文选取测点8，10，12，16，分别绘制了自测温开始至测温结束约20d时间内，a点与大气间、a点与b点间温差的时程规律，如图4所示。
图4 a点与大气间、a点与b点间温差时程曲线
由图4a可看出，a点与大气间的温差前2d温差较大且有波动，最高约达30℃，随后该温差降低，在后续2～6d内温差稳定，约为20℃，6d后温差又逐渐降低，至20d时，温差基本消失，混凝土表面温度与大气温度基本接近。从图4b可以看出，b点与a点之间温差在最初2d急剧上升，最大可达33℃，而后温差相对稳定，持续3d后温差进一步降低，降温速率基本接近线性，至20d时，温差约为5℃，且缓慢降低。由表1及图4b可知，前15d降温速率约为1.85℃/d，低于规范要求的2℃/d，且后期降温速率趋缓。
2.2.2 混凝土防开裂验算及实体质量检验
对大体积混凝土而言，前期温升较快且温差较大，而此时早龄期混凝土的抗拉强度较低，出現温度应力裂缝的可能性较大。根据相关规定:通过比较混凝土自约束应力与防开裂安全应力，可以初步预测该大体积混凝土是否存在开裂风险，选取浇注完成后的前8d混凝土抗拉能力与计算温度应力值相比最不利的时间点，对大体积混凝土进行防开裂分析。
1)龄期t时的混凝土抗拉强度值
ftk(t)=ftk(1－e－γt) (1)
式中:ftk=2.39MPa，γ=0.3。
2)自约束拉应力计算
(2)
式中:α为混凝土线膨胀系数，取为1×10－5；Hi(t，τ)为混凝土松弛系数，本例中取为1；ΔT1t(t)为区段温差，本例只取一个计算区段，龄期为前8d，温差取实测值。Ei(t)为龄期t时混凝土的弹性模量，按下式计算:
根据文献要求，式中:β=1.01，E0=3.25×104MPa，φ=0.09。
3)开裂可能性评估
根据文献规定:
σz≤λftk(t)/K (4)
式中:λ为掺和料对混凝土强度的影响系数，根据规范要求取1.16；K为防裂安全系数，取1.15。
根据上述计算结果，对9个测点处进行防开裂分析，结果相似，本文以第8测点为例，将前8d的混凝土抗拉能力计算值、防开裂计算安全应力值及温度应力计算值进行对比，如图5所示。
图5 测点8处混凝土防裂验算分析
从图5中看出，混凝土温度应力裂缝前3d出现的可能性较大，ftk(t)计算值均小于1.15σz，说明该大体积混凝土存在开裂风险，需要进行防裂措施设计。后期对混凝土面部质量进行检验，除局部出现小范围收缩裂缝外，未发现过多裂缝；对混凝土内部质量采用超声波无损检测设备检验，亦未发现混凝土内部出现应力裂缝，说明温度应力控制效果较好，这主要与混凝土掺加的纤维膨胀剂有一定关系。
3 结语
实践证明，本工程的筏板基础大体积混凝土温度裂缝控制工作是有效的，所采取的一系列措施对控制温度应力和温度裂缝起到了明显作用，在混凝土浇筑完毕至今未出现有害裂缝，混凝土强度也完全符合设计要求。因此，本工程的经验值得类似工程参考借鉴。
参考文献
[1] 王白林.大体积混凝土基础底板施工裂缝控制技术[J].陕西建筑,2012年第05期
[2] 冯伟.筏板基础大体积混凝土温度裂缝的控制[J].建筑施工,2012年10期