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大体积混凝土温度裂缝控制技术的运用

范文

万里长范玮武叶庭王刚

摘要：本文对施工过程中产生裂缝的原因进行了分析，并以实际工程为例，针对性地提出了裂缝控制措施。工程实际表明，裂缝控制措施的应用效果良好，可为相似工程提供借鉴。

关键词：大体积混凝土;温度裂缝;裂缝控制技术;温差

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）34-0119-03

Practical Application of Mass Concrete Temperature

Crack Control Technology

WAN Lichang FAN Weiwu YE Ting WANG Gang

（China Construction Eighth Engineering Co.， Ltd.，Shanghai 200240）

Abstract： In this paper， the control measures of cracks in the construction stage of mass concrete were taken as the starting point， the types and causes of cracks in the construction process were analyzed， and the control measures for cracks were proposed， which could provide reference for similar projects.

Keywords： mass concrete;temperature crack;crack control technology;temperature difference

随着我国经济的发展，传统的多、高层建筑已无法满足人们生活、办公的需要，超高层建筑得到越来越广泛的应用。超高层建筑的地下室底板较厚、体积较大，通常采用大体积混凝土施工技术完成地下室底板的浇筑[1-2]。然而，大体积混凝土对比普通体量的混凝土结构断面尺寸更大，导热性能更差，聚集在混凝土内部的热量更不容易散发[3-4];混凝土表面散热较快，内部散热慢，导致混凝土内部和表层温差越来越大，进而导致大体积混凝土内产生不均匀的温度变形和温度应力，当其温度拉应力超过极限抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝。因此，如何有效降低大体积混凝土的水化热，避免其因升温、降温产生裂缝，从而保证大体积混凝土的施工质量是大体积混凝土施工技术的重点和难点[5-6]。

为避免大体积混凝土由于温差导致的裂缝，以实际过程为例，分析了大体积混凝土产生温差的原因，并根据原因提出了大体积混凝土裂缝控制措施，以此为相似工程提供借鉴。

1 工程概况

吉安市高铁新区“五指峰”项目包含科创中心和总部经济大楼2个超高层建筑，科创中心大楼建筑高度197 m，总部经济大楼建筑高度140 m。两栋塔楼均采用混凝土框架—核心筒结构，工程设计使用年限为50年，环境类别为一类，安全等级为二级，抗震设防烈度为6度。

科创中心大楼（见图1）采用大体积混凝土筏板基础，地下室底板板厚500 mm，科创中心大楼核心筒区域板厚2 600 mm，核心筒外板厚1 200 mm。

2 大体积混凝土温差产生的原因

美国混凝土学会对大体积混凝土的定义为：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度地减少开裂影响的，即称之为大体积混凝土。与普通体量的混凝土相比，大体积混凝土的体量及结构断面尺寸更大，从而导致其导热性能更差，混凝土水化热散发出来的热量聚集在混凝土内部，导致内部温度急剧升高，而混凝土的表面散热较快，内部散热慢，从而导致混凝土内部和表层温差越来越大。

3 大体积混凝土温度裂缝控制措施

大体积混凝土宜采取“抗放兼施”为主、保温保湿养护为辅的大体积混凝土温控措施。针对上述导致大体积混凝土产生温差的原因，采取的技术措施如下。

3.1 设计方面

在混凝土结构设计过程中，需综合考虑混凝土的品种、配筋及接触面等方面的因素。

第一，通过增加钢筋，能有效地提高混凝土的极限拉伸性能，进而避免裂缝的出现。

第二，选择中高强度的混凝土（C20-C35），即混凝土的抗拉强度较高，从而增强筏板基础抵抗温度拉应力的能力。

第三，由于基础位于地基岩层面层上，岩层对筏板基础的约束较强，导致大体积混凝土在温度作用下膨胀收缩时，会由于岩层的约束受到极大的外力作用，从而造成混凝土底部开裂，甚至裂缝逐渐向上延伸，进而形成贯穿性裂缝。为了减弱岩层对筏板基础的约束，在岩层和筏板基础之间设置了滑动层或缓冲层。本项目的具体做法是铺设防水卷材。

第四，合理设置后浇带，可充分利用混凝土终凝前的流动性，释放掉混凝土部分的温度应力。具体来说，按照“分块规划、隔块施工、分层浇筑、整体成型”的原则，科创中心筏板基础混凝土浇筑分区如图2所示（科创筏板位于A-1区域）。

3.2 合理控制原材料、优化配合比

混凝土配合比设计的原则是在保证混凝土抗压强度满足要求的前提下，尽量提高其抗拉性能。混凝土的原材料与配合比要经试验室试配，检查合格后方可采用。

为降低混凝土水热化，对混凝土配合比进行优化时，需要在保证混凝土强度等级的基础上，尽可能减少水泥用量。为了使混凝土具有较大的抗裂能力，在施工之前，由项目部牵头组织拌和站，對混凝土的原材料以及配合比方面进行控制。合理选择原材料及优化配合比，使混凝土绝热温升减小，提升抗拉强度及极限拉伸变形能力，减小混凝土热强比及膨胀系数。

第一，水泥的品种与用量是影响混凝土力学性能与混凝土温度变形的重要因素。在选择水泥时，应从水泥的标号、熟料的矿物组成、细度等方面进行综合考虑。考虑到现场工期、地理位置及气候条件影响，为提升混凝土抗裂性能及强度，采用低热矿渣水泥、较高标号中热硅酸盐水泥，并掺入一定的粉煤灰，以增强耐磨性及抗蚀性。

第二，在混凝土内掺入一定数量的粉煤灰，以改善混凝土的黏塑性，降低混凝土水化热。粉煤灰掺到混凝土中后，能降低水化热，减少干收缩，改善新拌混凝土的和易性。但考虑到其早期强度较低，项目最终决定选用性能良好、各项指标符合国家标准、Ca0含量不超过10%的二级粉煤灰。

第三，考虑到现场工期及恶劣天气的影响，在与拌和站协商后，决定使用外加剂来增强混凝土的早期抗裂性能，例如，减水剂、引气剂、膨胀剂及早强剂等。

①减水剂是最常用、最重要的外加剂，具有减水增塑的作用，能够在保持混凝土坍落度及强度不变的前提下，减少水的用量、水泥用量，并降低混凝土的绝热升温。

②引气剂的作用是通过在混凝土中产生大量微小气泡的原理来提高混凝土的抗冻融耐久性，主要用于极寒天气。

③在混凝土中添加膨胀剂，膨胀剂会与混凝土中的氢氧化钙发生反应，生成钙矾石结晶颗粒，使混凝土产生适度膨胀，在内外约束条件下产生一定的内压应力，与收缩产生的应力相互抵消，建立混凝土内部平衡。

④混凝土早强剂是指能提高混凝土早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。

早强剂的主要作用在于能加速水泥水化的速度，促进混凝土早期强度的发展，既具有早强功能，又具有一定减水增强功能。

第四，优化配合比设计，严格控制砂石骨料的含泥量。选择粗骨料时，从粗骨料的品种、级配、颗粒形状和大小等方面综合考虑，层层筛选，最终选取5～40 mm连续级配花岗岩碎石粗骨料;选择细骨料时，从细骨料的平均粒径、颗粒级配与砂率等进行综合考虑，并最终选用石英含量高，颗粒形状浑圆、洁净，具有平滑筛分线，平均粒径为3.8 mm，含泥量小于1.5%、泥块含量小于0.5%的中粗砂。

3.3 提高混凝土搅拌质量，改善混凝土性能

第一，严格控制混凝土出机的温度。混凝土中的石子温度以及水温对其影响甚大，为了能更好地控制其出机温度，派专人在现场对砂石材料进行覆盖，避免太阳直晒，并及时用水冲洗降温。

第二，对输送管进行覆盖并喷洒冷水降温，对水箱及水管加盖遮阳隔热设施。

第三，改进搅拌工艺。采用裹砂法进行搅拌，即先把水、水泥和砂拌和，再投入石子进行搅拌，减少泌水现象的产生，降低混凝土上下层的强度差。

3.4 改善振捣工艺，避免高温浇筑

科创中心筏板基础为大体积混凝土，考虑到工期及气候条件等影响，选在气温较低时进行浇筑。混凝土浇注温度不宜大于28 ℃。浇筑时沿高度均匀分段、分层浇筑（见图3）。分段时应保持每段混凝土厚度在1.5～2.0 m。

改善振捣工艺，采用“斜面分层，一次到位”，振捣棒在坡尖、坡中和坡顶分别布置，保证混凝土振捣密实，且不漏振。改善振捣工艺能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平筋下部生成的水分和孔隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，增加混凝土密实度。

3.5 加强混凝土温度监测

在混凝土施工期，按方案要求预埋好温度传感器（见图4），实时监测混凝土内部温度变化，采取有效措施针对性地对混凝土进行降温处理。

3.6 加强混凝土保温养护

混凝土浇筑初期强度低、抵抗变形能力小，在不利的温湿度条件下，表面容易产生有害的冷缩和干缩裂缝。在浇筑后，及时采取覆盖薄膜等方式减缓混凝土表面热量散发，从而减小混凝土内外温差，防止表面裂缝的产生。同时，派专人进行洒水养护，保持混凝土表面湿润，提高混凝土表面抗裂能力。

4 结语

超高层建筑的地下室底板较厚、体积较大，通常采用大体积混凝土施工技术完成地下室底板的浇筑。为避免大体积混凝土由于温差导致的裂缝，以实际过程为例，分析了大体积混凝土产生温差的原因，并针对性地提出了大体积混凝土裂缝控制措施。工程实际表明，裂缝控制效果良好，裂缝控制措施合理，可為相似工程提供借鉴。

参考文献：

[1]张国勋，施松兵，潘大为，等.北京世纪财富中心工程超大体积混凝土底板裂缝控制技术[J].建筑技术，2005（10）：760-761.

[2]吕聪儒.异形承台大体积混凝土水化热控制模型及跟踪监测[J].西安科技大学学报，2011（3）：297-301.

[3]卿龙邦，李庆斌，管俊峰.混凝土断裂过程区长度计算方法研究[J].工程力学，2012（4）：197-201.

[4]王怀亮，宋玉普.定侧压下大坝原级配混凝土强度和变形试验研究[J].大连理工大学学报，2010（3）：86-91.

[5]施林林，宋玉普，沈璐.不同应变率下大骨料及湿筛混凝土单轴受压试验研究[J].世界地震工程，2016（2）：270-276.

[6]吴桃英，林生峰.地下室大体积混凝土底板配合比设计[J].四川建筑科学研究，2011（4）：150-153.

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