厦门交通枢纽控制中心大体积混凝土温度裂缝控制施工经验探析

　　摘要：厦门交通枢纽控制中心地下室底板为大体积混凝土构件，结构最小尺寸达2500㎜，局部达5000㎜，体积大。施工中主要采取合理的配合比、预埋冷却水管和养护控制等措施减小温度应力，控制混凝土有害裂缝产生。
　　关键词：大体积混凝土；温度裂缝控制；施工措施；经验探析
　　厦门交通枢纽控制中心位于厦门第一码头附近，为厦门沿海建筑，目前尚在建。建筑物总建筑面积为46166㎡，地上部分37000㎡，地下部分8700㎡。地上共28层，其中裙楼5层，地下2层。基础形式为沉管灌注桩，桩基与主体地下室之间为大体积混凝土底板。底板面积1393.64㎡，长43.825米，宽31.8米，厚度平均为2500mm，在电梯地坑周边，局部混凝土厚度达5000mm。混凝土体积达3800m³。
　　根据《JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程》上，大体积混凝土定义为：混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。本工程底板满足以上两个条件可判定其为大体积混凝土构件。
　　大体积混凝土产生裂缝，以温度应力的影响为主，主要有4个方面的影响：○1水泥水化热影响○2外界气温变化的影响○3大体积混凝土构件约束条件的影响○4混凝土本身水分蒸发损失而收缩的影响
　　厦门交通枢纽控制中心底板的施工针对以上几个方面采取措施，减少和降低其影响，从而控制大体积混凝土底板裂缝的产生，达到结构的安全。
　　1减少水泥水化热影响的措施
　　1.1合理的配合比
　　水泥水化热是大体积混凝土主要的温升因素，其引起的绝热温升与水泥用量和品种有关，研究表明降低水泥用量和合理的掺加剂对降低水泥水化热的影响作用是很有效的，合理的配合比是降低水泥水化热的主动措施。
　　厦门交通枢纽控制中心大体积混凝土底板强度等级为C40P8（60天达到设计强度），配合比如下：
　　配合比水泥水砂碎石粉煤灰减水剂防水剂
　　品种建福P.042.5 自来水九龙江中沙 5-31.5mm 后石一级西卡3310C 瑞州RZ-HEA
　　每方用量 292 162 709 1064 97 3.0 32.4
　　以上的配合比现场的坍落度为120±30mm，初凝时间>8小时。该工程地下二层顶板梁板（非大体积混凝土构件，强度C40）混凝土配合比如下
　　配合比水泥水砂碎石粉煤灰减水剂防水剂
　　品种建福P.042.5 自来水九龙江中沙 5-31.5mm 后石一级 FS—R
　　每方用量 334 161 763 1022 50 8.45
　　对比非大体积混凝土构件的配合比，可以看出同样的设计强度，底板的水泥用量是减少了，粉煤灰掺加量达到地下防水混凝土技术规范中取代水泥最大限量20%，这样的配合比降低了水泥水化热的绝热温升。
　　1.2预埋冷却水管
　　该大体积混凝土浇注时间为5月中旬，室外气温白天与夜间相差约10°C，为降低大体积混凝土内部与表面的温差，在温差超过控制值（25°C）时，及时将内部热量排出，采用在混凝土底板内部预埋冷却水管的措施。冷却水管采用壁薄无缝的KBG管，直径50㎜，共5路，3路进水为自来水，2路进水为地下水，通水后可将混凝土内部热量排出，及时降低混凝土内部的温度，如图示：
　　
　　从温度监测可看出，这种措施相当有效，当内部温度升高过快时，注入冷水，混凝土内部温度下降还是比较明显的。当工程底板混凝土达到60天强度后，该冷却水管应采用同标号高压注浆封闭。
　　1.3合理的施工顺序
　　混凝土采取自然流淌斜面自动分层循环浇注的方法，从短边开始，混凝土每层浇注控制在300㎜～500㎜，便于振捣密实及混凝土自然散热，降低了温升梯度。
　　2减少外界气温变化影响的措施
　　大体积混凝土在施工阶段，外界气温变化的影响大。外界气温愈高，混凝土入模温度也愈高；外界气温下降，又增加混凝土表面的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加大体积混凝土内部与表面的温度差，造成更大的温度应力，产生裂缝。本工程大体积混凝土施工时，室外温度在28°C～33°C之间，采取如下措施降低外界气温变化的影响。
　　2.1降低混凝土入模温度
　　商品砼供应公司采取了○1冰块降低搅拌水温度，使水温降至5°C以下○2喷水和冰敷降低碎石温度○3冷水冲洗混凝土搅拌车、搅拌机等有效降温措施。
　　2.2温水养护
　　利用冷却水管流出的温水浇灌混凝土表面进行养护，当外界温度下降时，保持混凝土表面温度，防止因混凝土收缩而产生表面裂缝。
　　2.3在混凝土表面上覆盖薄膜、麻袋，隔绝和保持混凝土表面的温度，使其不至于下降过快。
　　3 降低大体积混凝土构件约束条件影响的措施
　　混凝土构件约束条件可分为两类，即外约束和内约束。内约束与温差的大小有关。随着混凝土强度的增加，弹性模量的增大，混凝土各个质点间的相互约束也在增大，即内约束增大了。此时，若混凝土内外温差过大，内部进行着热涨，外部却在收缩，变形差异过大，便会导致收缩的表面出现裂缝，当内部发生收缩，又可能产生贯通裂缝。
　　对于此问题可采取配合比双掺的措施，配合比设计时在允许的范围内加入大量的粉煤灰和适量的缓凝减水剂，延缓了混凝土的初凝时间（初凝时间＞8小时），延缓了弹性模量的增长，降低短时间内混凝土内约束力的增长，降低了混凝土早期裂缝的产生几率。
　　4凝土本身水分蒸发损失而收缩的措施
　　混凝土中80%的水份要蒸发，约20%的水分是水泥水化所必须的。若这20%的水分再蒸发，这不仅混凝土强度降低，而且容易引起混凝土的体积干缩，而随着龄期发展混凝土固结，混凝土各质点间约束愈大，这样的体积干缩会引起混凝土拉应力增大，从而使内部混凝土产生裂缝。研究表明，混凝土收缩引起的当量温差应力占混凝土温差应力值30%以上。因此保持水泥水化所必须的水分是很关键的，这除了养护上的加强外，降低混凝土本身的温度同样重要。本工程采取如下措施：
　　4.1水养护
　　为防止水分风干和自然蒸发，采用草袋覆盖表面；利用冷却水管排出的温水浇淋，并覆盖薄膜以保持水分。
　　4.2埋冷却水管排热
　　即通过冷却水管的降温，混凝土内部的温度不会太高，也使得混凝土内部的水分不至于通过混凝土的孔隙蒸发损失太多。
　　4.3表面处理
　　在浇筑混凝土2～5小时后，按标高用长刮尺刮平，然后用滚筒反复滚压、木搓板反复搓压，使其表面密实，在混凝土初凝前再用铁搓板压光，这样可较好地控制混凝土表面龟裂，减少混凝土表面的水分的散发，封闭表面的孔隙亦可减少混凝土内部水分的散发。
　　此外，为了及时准确地采集到大体积混凝土底板内外部温度变化情况，以便采取措施降低温升梯度，控制裂缝的产生。本工程委托×××研究所进行大体积混凝土12天不间断温度检测。在大体积混凝土底板范围内均匀埋设12根测杆，在2.5米厚区域埋设10根，5米厚区域埋设2根，每根测杆沿底板厚度均匀设置5个测点，同时在混凝土外部（表面附近）设置环境温度、保温层温度等辅助测点5个，合计65个工作测点。另设65个备有测点。每个测点通过专用电缆与温度数据采集仪相连接，每天24小时不间断采集温度数据，每小时打印一份报表提供现场工程师分析。
　　从温度监测情况，混凝土开始浇筑后12个小时，混凝土内部局部温度已经达到46.2°C，表面温度为21.1°C，⊿T＞25°C，此时为夜间，室外温度为20.6°C；浇筑后24小时，混凝土内部局部温度已经达到61.9°C，此时室外温度为26.1°C，表面温度为33.3°C；浇筑后36小时，大面积的⊿T达到20°C以上。可见水泥水化热造成的温升是非常大的。
　　5结论与改进措施
　　5.1结论
　　从本工程施工实例可以得出这样的结论:大体积混凝土裂缝产生的原因是多方面的，而温度影响是主要的一个方面。温度—温度应力控制主要是对水泥水化热的控制，其他方面的影响也不可忽视。施工采取的措施主要是1、深化混凝土配合比设计2、
　　合理的施工顺序3、预埋冷却水管排热4、加强后期养护5、温度监控到位。从本工程施工后的效果上看，温度控制基本处于受控状态，混凝土表面无有害的裂缝产生。本工程大体积混凝土施工措施可以作为厦门地区大体积混凝土施工参考。
　　5.2改进措施
　　（1）温度监测过程中，除打印出各个测点的温度采集数据，还应该根据采集的数据绘制出不同截面不同深度的温度变化曲线，更直观体现出温度的变化提供给现场的工程师，现场的工程师可以更快捷地判断混凝土温度变化发展趋势，并预先采取措施控制。举例说明，DHL三个测点连成的截面不同深度的平均温度6个小时内温度变化曲线：
　　
　　
　　8:00 9:00 10:00 11：00 12：00 13：00
　　室外气温（°C） 24.0 29.3 29.5 31.3 30.0 26.8
　　砼表面温度（°C） 24.26 26.03 26.06 32.67 32.23 34.27
　　砼中部温度（°C） 50.3 52.26 52.76 53.8 54.8 56.5
　　砼底部温度（°C） 45.6 46.46 46.6 47.1 47.57 28.43
　　
　　（2）本工程大体积混凝土底板施工方案及监理提出的改进措施中，主要在控制温度差上做方案，即仅凭经验控制温度差低于25°C。但从现在的研究成果中，这样的经验控制仍然不足，应该通过科学的计算，更深入地采取“温差—温度应力”双控制的方法，即进行必要的试验研究得出相关数据，采取更合理的温度应力控制才能更有效地避免结构物出现温度裂缝。
　　参考文献：
　　[1]王华生赵慧如.现代混凝土技术禁忌手册.机械工业出版社，2008.1
　　[2]曹可之.大体积混凝土结构裂缝控制的综合措施[J].建筑结构，2006.8.
　　[3]李彤厚.大体积混凝土承台施工温度裂缝控制实例[J].建筑技术开发，2001.10.
　　
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