办公综合楼基础大体积混凝土施工技术研究

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

摘要 本文结合大体积砼温度应力、温度控制等相关原理，提出了施工期间温度控制的技术措施，为今后高层建筑基础工程大体积砼施工提供了有效依据。

关键词 大体积混凝土 温度控制 1 工程概况   1 工程概况 黄岩区财政地税办公综合楼工程基础底板形状大致为正方形，长约为40m，宽约为39m；基础底板的结构采用反梁形式，反梁高为1.6m，底板部分厚为1.3m，桩基承台处为2.1m；电梯井位置局部混凝土厚度达3.6m。混凝土数量共计2870m3，一次浇筑完毕，不留施工缝，不设后浇带，属于大体积混凝土工程。基础上下部各配置φ25@150钢筋网，中间配置φ12@400钢筋网，混凝土强度等级为C35，抗渗等级为S8。底板混凝土浇筑期间正是台州地区天气较热的八、九月份，特别是基坑处于地面下6～7m左右，坑内空气流通较慢，加剧了混凝土表面温度。       市气象局所提供的资料和实测数据显示，大气日温呈正弦变化(寒潮期间除外)，其中夏季日温变曲线为，   式中： ——某一时刻温度，℃；        —— ， 为时间。 因此该基础应按大体积混凝土从材料选用、配合比设计、混凝土的浇筑、养护及测温等方面采用综合措施进行温度控制。     建筑工程中，尤其是高层建筑工程中的基础大体积砼有下述特点: (1) 砼强度级别高，水泥用量较大，因而收缩变形大。 (2) 由于几何尺寸不是十分巨大，水化热温升快，降温散热亦较快。因此降温与收缩的共同作用是引起砼开裂的主要因素。 (3) 控制裂缝的方法不像块体砼那样，要采用特别的低热水泥和复杂的冷却系统，而主要依靠合理配筋，改进设计，采用合理的砼配比，浇筑方案和浇筑后加强养护等措施，以提高结构的抗裂性和避免引起过大的内外温差而出现裂缝。     因而，为了有效控制基础大体积砼温度，避免出现温度裂缝，该工程在基础施工阶段采用了多种措施综合控制温度裂缝。 2 大体积砼温度裂缝 砼随着温度的变化而发生热胀冷缩，称为温度变形。对于大体积砼施工阶段来说，由于温度变形而引起的裂缝，可称为“初始裂缝”或“早期裂缝”。大体积砼施工阶段所产生的温度裂缝，是由其内部矛盾发展的结果。一方面由于内外温差和收缩而产生应力和应变，另一方面是结构物的外部砼各质点间的约束，阻止这种应变，一旦温度拉应力超过砼能承受的抗拉强度时，即出现裂缝。     大体积砼由于截面大，水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由此形成的温度应力是导致产生裂缝的主要原因.这种裂缝分两种:     表面裂缝砼浇筑初期，水泥水化产生大量水化热，使砼的温度很快上升，但由于砼表面散热条件好，热量可向大气中散发，因而温度上升较少。而砼内部由于散热条件较差，热量散发少，因而温度上升较多，内外形成温度梯度，形成内约束。结果砼内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉应力超过砼的抗拉强度时，砼表面就产生裂缝。     收缩裂缝砼浇筑后数日，水泥水化热己基本释放。砼从最高温度逐渐降温，降温的结果引起砼收缩，再加上砼中多余水份蒸发等引起的体积收缩变形，二者都受到地基和结构边界条件的约束，不能自由变形，导致温度拉应力。当该温度应力超过砼抗拉强度时，则从约束面开始向上形成裂缝，如果该温度应力足够大，可能产生贯穿裂缝，破坏了结构的整体性、耐久性和防水性，影响正常使用。 大体积混凝土结构中，温度变化不但可能引起裂缝，对结构的应力状态也具有重要影响，有时温度应力在数值上可能超过其他外荷载引起的应力。 地下室的大体积混凝土处于基础约束范围以内，其表面裂缝在内部混凝土降温过程中，可能发展为深层甚至贯穿裂缝，引起地下室渗水，影响安全使用。 基于上述特点，在大体积混凝土结构设计中，通常要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力，但在施工过程中，大体积混凝土结构由于温度的变化而产生很大的拉应力，要把这种温度变化所引起的拉应力限制在允许范围以内是非常困难的。     总之，如何控制温度、防止裂缝发展，是大体积混凝土结构施工中最重要的课题。 3 基本措施 针对该工程的实际情况，施工中采用了以下多种措施控制温度裂缝的发展。 3.1 材料选择及质量要求 (1) 水泥 由于基础底板厚1.3m，水泥在水化过程产生大量的热量，聚集在结构内部不易散失，使混凝土内部的温度升高。为此，在施工中应选用水化热较低的水泥以及尽量降低单位水泥用量(每减少10kg水泥，降低温度1℃)。本工程由于货源限制选用525号普通砼酸盐水泥。 (2) 粗细骨料 粗骨料选用5～40mm单粒级卵石。它比5～25mm石子，每立方米混凝土可减少用水量15kg左右，在相同水灰比(015)情况下，水泥可减少30kg左右。细骨料采用中粗砂，其细度模数为218。它比采用细砂，每立方米混凝土减少用水量20kg左右，水泥相应减少28～35kg，从而降低混凝土的干缩。 (3) 混合料及外加剂 混凝土中掺入水泥重量0.25%左右的缓凝型减水剂—木质素磺酸钙，一方面可明显延缓水化热释放的速度，推迟水化热峰值的出现；同时又减少10%拌和用水，节约10%左右的水泥，从而降低水化热。混凝土中掺入适量粉煤灰，不仅改善混凝土的工作度，减少混凝土的用水量，减少泌水和离析现象；同时代替部分水泥，减少水化热。掺入适量UEA膨胀剂，有效地补偿混凝土干缩，并在一定程度上补偿冷缩，改变混凝土分子结构组织，增加密实性，提高抗渗能力。 3.2 混凝土配合比的制定 根据选用的材料，通过试验室试配确定了混凝土配合比，采用塔吊运输，混凝土坍落度控制在3～5cm；C35PS8混凝土配合比(kg/m3)为水泥:黄砂:石子:水=330:771:1087:173；掺合料(kg/m3):UEA膨胀剂33kg，粉煤灰44kg，木钙0.66kg；水灰比0.48，砂率40%。 3.3 混凝土的浇筑及养护 混凝土浇筑采用斜面一次浇筑，分层厚度为43cm左右，在斜面下层混凝土未初凝时(初凝时间为3h左右)进行上层混凝土浇筑，在不同部位用3台振动棒分上、中、下3个层次，采用循环推进,一次到顶的办法，以消除冷凝，增强混凝土的密实性，保证防水质量。 根据计算混凝土内部最高温度47℃，内外温差超过25℃，因而混凝土浇筑后，采取有效的外部保温法。目的是减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；同时延长散热时间。具体方法：在表面抹压后即覆盖一层塑料薄膜，来封闭混凝土中多余拌合水，以实现混凝土的自养护，终凝后覆盖二层草袋，混凝土养护时间不少于14d。 3.4 混凝土测温 为了掌握大体积混凝土的温度变化规律，及时了解温差对大体积混凝土质量的影响，采取常规测温技术，对底板混凝土的上、中、下进行布点观测，以便采取相应的技术措施，防止混凝土开裂。 本工程测点共设4点，每点设上、中、下三个测温孔。在混凝土浇筑前，用钢管预先放置在底板内并高出板顶100mm，并固定于底板筋上，钢管下口事先封死，温度计顶端与预埋管之间用保温材料塞严，防止水分浸泡，并做好测温点的编号。采用玻璃温度计，温度计在管内停留不少于5min， 当温度计在管内抽出时，立即读出温度值。混凝土浇筑后1～5天，每2h测一次，第6～10天，每4h测一次，每次同时测出大气温度及草袋与混凝土表面之间的温度。 实测数据表明：混凝土内部的最高温度(36℃)出现在混凝土浇筑后的第3天，基础中心与草袋内之间温差最大值为16℃，草袋内与大气之间温差最大值为17℃，均控制在25℃之内，有效控制了温差梯度，符合《混凝土工程施工及验收规范》(GB50204-92)中混凝土表面和内部温差“不宜超过25℃”的要求。 4 结论 通过大体积混凝土温控，混凝土内部最高温度为41℃，比采用常规方法降低6℃以上，同一测温处内外温差控制在25℃以内，从测温数据及底板混凝土外观质量表明，以上温控措施是成功的。