大体积混凝土基础施工的温度裂缝控制

邢治钢， 焦金华

1 北京四达贝克斯监理工程有限公司（050019） 2 济源市鑫源建安有限公司（454650）

1 工程概况

海南昌江核电站核岛燃料厂房及柴油发电机厂房，基础采用平板式筏板基础。基础底板厚度分别为：燃料厂房部分为3 000 mm，应急柴油发电机厂房部分为1 400 mm和2 400mm，总体积达4 200m3。基础底板采用C35粉煤灰防水混凝土，抗渗等级为P8。混凝土浇筑机具主要采用布料机、汽车泵。

2 温度应力的分析

2.1 温度应力的形成

根据温度应力的形成过程可以分为三个阶段:1）早期:自混凝土搅拌开始至水泥放热基本结束，一般约30 d。这个阶段有两个特征:①水泥放出大量的水化热；②混凝土弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。2）中期:自水泥放热作用基本结束至温度稳定。这个时期，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化引起的，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，此时，混凝土的弹性模量变化不大。3）晚期:混凝土完全冷却后的运转时期，温度应力主要是外界气温变化引起的，这些应力又与前两种残余应力相叠加。

2.2 温度应力引起的原因

温度应力引起的原因可分以下几类:①自生应力，由于结构本身相互约束出现的温度应力。如在核岛底板结构中，因结构相对尺寸较大，混凝土冷却时表面温度较低，内部温度高，在表面出现拉应力，在内部出现压应力。②约束应力，结构的全部或部分边界受外界的约束,不能自由变形而引起的应力。此类应力主要出现在大型箱涵后浇顶板，在核岛厂房大底板中此类应力影响较小。这两种应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。③外界气温变化的影响，大体积混凝土在施工阶段，常受到外界气温变化的影响。外界气温越高，浇筑温度也愈高；当气温下降，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土内部的温度梯度，造成温差与温度应力，使大体积混凝土出现裂缝。海南受海洋气候影响，昼夜温差加大，因此在施工中应采取措施避免此类影响。

3 裂缝的预防措施

3.1 选择合理配合比——防止温度裂缝的基础

混凝土的配合比决定了混凝土的强度、抗渗性、和易性、坍落度、水泥用量、水化热大小、初凝与终凝时间以及混凝土收缩率等性能指标。根据本工程结构特点、设计要求及气候条件，主要采用“三低一高”原则（低砂率、低坍落度、低水胶比、煤灰高掺量），因此配合比设计时主要从以下几方面考虑:

1）水泥的选择和使用，结合本地区的建材生产状况及成本，经过供应商评定，选择国投集团的“海岛”牌P.Ⅱ42.5级硅酸盐水泥，同时为减少水化热，降低混凝土温升值，本工程技术要求:水化热 3 d≤251 kJ/kg,7 d≤293 kJ/kg；水泥熟料控制在C3A+C3S≤58%。在满足设计和施工可泵性的前提下，尽可能降低水泥用量，本工程水泥用量280 kg/m3。

2）其他胶凝材料的掺入，为了降低水化热，减少每立方米的水泥用量，本工程采用Ⅰ级粉煤灰，试验资料表明，每立方米混凝土的水泥用量每增减10 kg，水化热将使混凝土温度增减1℃，本工程粉煤灰用量117 kg/m3，改善了混凝土的可泵性，同时提高混凝土后期强度。

3）骨料的选择，粗骨料粒径5～31.5 mm连续级配碎石，含泥量控制在小于1%；细骨料选用中砂，含泥量控制在小于3%，杜绝使用海砂。

4）坍落度选择，为满足泵送要求，坍落度选择14±3 cm。

5）掺入高效减水剂与缓凝剂，控制水胶比在0.43，本工程采用江西黄藤HT-HPC减水缓凝剂,改善混凝土的和易性，延缓混凝土内部最高温升值及初凝时间,在保证坍落度前提下减少拌和用水，以减少混凝土泌水形成的沉缩变形；掺加江西武冠WG-HEA膨胀剂在混凝土内部建立一定的膨胀应力以抵消混凝土收缩时的应力,减小混凝土内部的微裂纹，提高混凝土的抗渗性。

3.2 严格执行施工方案——防止温度裂缝的根本

浇筑施工阶段是混凝土结构形成的阶段，一次必须制定并执行严密的浇筑施工方案，以防止温度裂缝出现。

1）合理组织机械设备，保证混凝土连续浇筑。现搅拌站每台机组的搅拌能力能达到55m3/h,筑混凝土时同时开启两台机组进行搅拌（另有一台机组备用）。浇筑时，采用斜向分层方式浇筑，每层厚度300 mm，利用混凝土浇筑层面进行散热，斜向坡率设计为1:6～1:8，利用混凝土自然流淌性。沿施工纵向1.5～2m为一下灰点,每个下料点配备3～4台振捣棒进行振捣保证上部和下部混凝土的密实，在浇注过程中随时检查分层厚度和覆盖范围,混凝土振捣完毕后应在30分钟左右进行二次振捣以免出现冷缝。

2）泌水的及时处理，因坍落度较大，及掺入粉煤灰的原因,在浇筑和振捣过程产生大量泌水上涌顺混凝土坡度流至底部，必须及时排除，以确保下部混凝土质量。

3）混凝土收面，由于底板大体积混凝土配合比设计加入多种掺合料，混凝土内部胶体率较高，振捣后混凝土浮浆较厚，为防止表面产生干缩裂缝，凝土浇筑完后用木抹子搓平，初凝时用铁抹子提浆抹压二次，终凝前再用铁抹子收光一次。终凝前混凝土表面如仍有泌水积存,用棉纱清理积水，再仔细对表面进行压光，使其表面密实，这样既控制了表面龟裂，又减少了混凝土表面水分散发，促进了养护。

3.3 温度控制——防止温度裂缝的关键

3.3.1控制入模温度

严格控制混凝土出机温度及入模温度。搅拌站配备两台大型制冰机，冰库储量70 T，采用5℃左右冷水搅拌混凝土，同时骨料仓库采用轻钢大棚防晒，水泥储备量为1 800 T，有充分的时间进行冷却；混凝土运输车滚筒机及输送泵管外包湿布等遮阳降温措施;混凝土从搅拌到浇筑两者之间的时间须少于1小时,确保混凝土的入模温度不大于30℃。

3.3.2加强混凝土养护

因海南天气炎热,据当地气象局所提供信息,大气平均温度取34℃,混凝土浇筑后12 h内应进行保湿养护,底板混凝土养护采用两层塑料薄膜、三层麻袋保温养护，麻袋下面铺带孔的PVC管自然喷水,确保覆盖层的保湿,确保不造成混凝土表面温度散失形成骤降，从而有效缩小了内外温差。当内外温差小于25℃能够充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，以避免形成温度裂缝。同时混凝土表面适度潮湿，可防止表面脱水形成干缩裂缝。防水混凝土的养护时间不得少于14 d。

3.3.3混凝土测温

大体积混凝土中心温度与表面温度的温差,要求控制在25℃以内，混凝土表面温度与大气温差（麻袋内）宜控制在20℃以内，降温梯度控制在1.5～2℃/天可有效防止大体积混凝土温度裂缝的产生,因此从混凝土浇筑到养护期满必须全过程监测,随时掌握混凝土内部温度状况以采取相应的技术措施控制温差。

混凝土浇筑完成后开始对测温头进行测温,测温频率为:在升温阶段每3小时测定一次,在温度持续阶段及温度下降时每6小时测定一次,当混凝土中心和大气温差小于25℃时，可停止测温，同时混凝土的表面与环境温度小于20℃时,可逐层拆除保温层。

测温点布置，底层测温点布置在距底部50mm左右，上层测温点布置在距顶面50mm左右,每组测温点沿高度方向位置均分布置,并且保证平面和竖直方向中部设置一个测温点，混凝土浇筑时，对混凝土的入模温度进行测量并记录。

混凝土测温原始记录应及时整理,根据测温数据做出测温曲线图，并提出简明扼要的成果分析报告。混凝土测温记录应及时反馈、报送工程公司及监理公司质控人员，并根据温度变化采取加覆盖层等控制措施，避免形成温度裂缝。

3.3.4混凝土拆模

混凝土施工中,为提高模板周转率，往往尽早拆除模板，在浇筑完毕初期，此时混凝土温度较高，水化热散发较大，如此时私自拆除模板，形成温度冲击现象，表面温度骤减，引起温度梯度，从而在表面形成拉应力,再加上混凝土干缩，表面应力很大，很容易形成裂缝，因此必须根据混凝土温度曲线，合理安排模板拆除时间及顺序。

4 结语

大体积混凝土施工难度较大,质量控制是一个复杂的过程，且一旦出现质量问题，处理起来比较困难。作为监理方要了解大体积混凝土施工过程及特性，才能做到预控。同时要求各参建单位都要做好每一项工作。尤其作为自控主体施工单位，如果各个环节都能基本做到，大体积混凝土施工质量是能得到保证的。

[1]GB50496-2009,大体积混凝土施工规范[S].

[2]GB50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[3]0738JT004,混凝土工程用水泥[S].