大体积混凝土施工的养护措施及温度控制

马 乐，符耀东，雷元新

（佛山科学技术学院土木工程系，广东佛山528000）

大体积混凝土施工的养护措施及温度控制

马 乐，符耀东，雷元新*

（佛山科学技术学院土木工程系，广东佛山528000）

以某广场地下室大体积混凝土底板、承台浇筑施工为研究对象，对其混凝土施工过程中的温度变化进行了现场监控，并根据混凝土结构温度裂缝的成因理论，对大体积混凝土底板进行了温控指标的计算。通过对混凝土温度监测值与理论计算值的对比、分析，均表明只用薄膜覆盖养护不能满足大体积混凝土不裂的质量要求，应按测温指引即时调整保温覆盖措施，实施精准养护，才能收到良好成效。

大体积混凝土；保温养护；温度控制；温度应力

随着我国建筑业的飞速发展，大体积混凝土构件大量出现在地下工程和高层建筑工程中。然而，在施工过程中，大体积混凝土会因为水泥的水化热，以及振捣不匀、拌和水析出、流排不够等影响，使混凝土内、外部出现较大的温度应力差，混凝土受约束收缩，情况严重时将导致有害裂缝的产生，破坏结构的工作性能［1］。为避免混凝土这种过大的收缩及温度应力给大体积混凝土质量带来的影响，除应优选混凝土材料、优化配合比和混凝土浇筑施工的工艺方法外，重点还应加强对大体积混凝土施工进行温度监控并科学养护。

1　工程概况

佛山某广场项目，主楼54层，设有4层裙楼，3层地下室，总建筑面积523 737.89 m2。该工程地下室结构为人工挖孔桩+大体积承台+1 m厚底板，混凝土强度等级为C40，抗渗等级为P8，承台为异型承台，最大厚度达6.14 m。本工程地下室分21个施工块，最小块的施工面积为1 160 m2。底板配筋：22@150双层双向拉通，拉筋Φ8@450×450。整个地下室采用泵送混凝土施工，底板及承台施工划分如图1所示。

图1　地下室底板及承台施工分区图

2　大体积混凝施工技术措施

一般而言，预防和控制大体积混凝裂缝的出现，首先应从混凝土的六组份优化、配合比的定性设计、搅制、输送、泵送入模温度及符合体积特征浇筑方法等方面，采取管控技术措施，把好材料和浇筑施工关，再就是要根据大体积混凝土的特性，做好温度监测，精心、精准养护，防控裂缝的产生与发展［2］。

2.1混凝土原材料及配合比

在保证强度的前提下采用较低水化热的水泥［3］。本工程在保证混凝土强度（C40）、抗渗性（P8）和坍落度（140 mm±30 mm）的前提下，实际的水泥使用量为325 kg/m3，掺加总胶凝材料用量1.6%的CSP-9（高效缓凝减水剂）和63 kg/m3的二级粉煤灰。既满足了混凝土的水泥使用量不少于300 kg/m3的基本要求，又改善了混凝土的工作性能。与同强度配合比相比较，节省水泥，按水泥用量每减少10 kg/m3绝热温度下降1℃计，相应降低温度10℃，可较大幅度地减少温度应力，还提高了混凝土的抗渗性和抗裂性。水泥采用普通硅酸盐水泥42.5 R（3 d水化热270 kJ/kg，7 d水化热300 kJ/kg），且用于搅拌水泥应存放1周以上，以降低材料的初始温度。

在粗、细骨料的使用上，贯彻“精料”意识。选用5～25.0 mm良好级配的花岗岩碎石，要求针片状少，含泥量控制在0.6%，选用细度模数为2.6的粗河砂，含泥量控制在0.6%，降低混凝土的干缩程度。

混凝土单方原材料用量为：水泥325 kg/m3，粉煤灰63 kg/m3，膨胀剂34 kg/m3，河砂701 kg/m3，碎石1 102 kg/m3，水156 kg/m3，外加剂8.8 kg/m3。混凝土出机温度为29.0℃。

2.2混凝土浇筑及养护

该工程地下室底板及承台在施工工艺上采用二次收光和蓄热保湿的养护方法。底板及承台混凝土的浇筑按混凝土自然流淌坡度、一次到顶的方法进行浇筑。在混凝土浇筑到设计高程时，用刮尺进行初步刮平，待混凝土初凝时用打磨机二次打磨后抹光，并用塑料薄膜进行保温保湿养护。

3　底板混凝土温度监测

3.1温控指标

本工程采用热电偶检测混凝土不同区域的温度，随时掌握混凝土的温度变化，并实施相应的温控措施。根据GB 50496-2009《大体积混凝土施工规范》，本工程将地下室混凝土的里表温差≤25℃、混凝土的降温速率≤2.0℃/d、混凝土的表面与大气温度差≤20℃作为温控指标。

3.2测温点布控

为了全面地掌握底板内部温度变化情况，本工程采用对称法进行测点布控。取A3施工段的地下室底板为例，底板为57×20×1 m的长方体，共布设6处24个测点，选用Φ14钢筋作为测点布设的竖向定位杆，避免测温探头与钢筋接触。

3.3测温时间及频次

从混凝土入模浇筑完后开始测温，监测时间安排为第1日到第3日为1次/2 h，第4日至第8日为1次/4 h；第9日到14日为1次/8 h；第15日～32日为1次/d。根据事先确定的温控指标和监测数据指导养护工作。

3.4温度监测报表

将各测点所测得的数据汇总成混凝土温度数据表，并绘制底板及承台混凝土内外温差的变化曲线。A3施工段底板混凝土1、3号点的内外温差变化如图2、3所示。

由图2、3可知，底板混凝土浇筑完后8～14 h时间段，底板混凝土早期水化热释放的热量使混凝土内部的温度急剧上升，最高温度73.3℃，内外最大温差37.3℃，混凝土浇筑体的最大降温速率为5.3℃/d。经现场观测，发现该施工段的底板产生了数条长裂缝和多个龟裂状裂缝。通过紧急增加保温蓄热措施，裂缝发展情况得到了遏制。

图2　A3-01号点内外温差变化曲线

图3　A3-03号点内外温差变化曲线

4　底板热工计算

4.1混凝土绝热升温值

4.1.1混凝土比热c

由文献［4］查得常温29℃时混凝土各成分比热是：水4.187 kJ/（kg·℃），水泥0.514 kJ/（kg·℃），河砂0.732 kJ/（kg·℃），碎石0.710 kJ/（kg·℃），上述比热值一般偏低，计算时可乘以修正系数1.05。

根据混凝土各成分的重量百分比，根据单方混凝土原材料用量，可得c=0.97 kJ/（kg·℃）。

4.1.2混凝土内部的绝热升温值θ0

1）水泥的水化热根据下式计算［5］

式（1）中，Q3和Q7分别为水泥在第3天和第7天的水化热，采用42.5R普通硅酸盐水泥Q3=270kJ/kg，Q7=300 kJ/kg，计算得Q0=327.27 kJ/kg。

2）混凝土的绝热升温值根据水泥水化热估算如下［4］

式（2）中，W—水泥用量；c—混凝土比热；ρ—混凝土密度；F—混合料用量；k—折减系数，对于粉煤灰，取k=0.25。

将相关数据代入求得绝热升温θ0=48.10℃

4.2混凝土内部实际最高温度Tmax

式（3）中，Tj—入模温度，经检测取32.4℃；τ—散热系数，按文献［5］，取τ=0.36，求得Tmax=49.72℃。

4.3混凝土表面温度

4.3.1保温层的传热系数β

式（4）中，δi—薄膜保温厚度，取0.1 mm；λi—薄膜导热系数，取0.11 W/（m·k）；βq—空气层传热系数，取23 W/（m2·k），求得β=22.5。

4.3.2混凝土的虚铺厚度

式（5）中，λ—混凝土导热系数，取2.33 W/（m·K）；k—折减系数，取0.667。求得混凝土的虚铺厚度h'=0.069 m。

4.3.3混凝土的计算厚度

式（6）中，h为混凝土底板厚为1 m，得H=1.138 m。

4.3.4混凝土的表面温度

经测得，大气平均温度Tq=32.0℃，于是

混凝土中心最高温度Tmax与表面温度Tb（τ）之差Tmax-Tb（τ）=13.68℃，混凝土表面温度Tb（τ）与大气温度Tq之差Tb（τ）-Tq=4.04℃。

底板混凝土的中心最高温度Tmax与表面温度Tb（τ）之差为13.68℃，小于25℃，符合规范要求；底板混凝土表面温度Tb（τ）与大气温度Tq之差为4.04℃，亦小于20℃，符合规范要求。

5　结果分析及措施优化

5.1结果分析

经实际的温度监测与裂缝的变形观测，底板混凝土的中心最高温度T'max与表面温度T'b（τ）的最大差为37.3℃，底板混凝土表面温度T'b（τ）与大气温度Tq的最大温差为19.8℃，底板混凝土的内外温差值与理论值相差很大，底板出现裂缝，采取薄膜养护措施未能达到防裂效果。

大体积混凝土的施工技术要求较高、工艺繁杂，其裂缝的成因也很多。根据现场检测和理论计算的对比、分析，本工程采取的薄膜养护措施不能满足混凝土不裂的要求，导致开裂的原因主要有以下几个：

（1）混凝土干缩。混凝土的干缩随水灰比的增大而增大［6］。底板混凝土浇筑时，柱墩和孔洞里存在大量积水，增大了混凝土的水灰比，使混凝土的干缩程度加大，导致底板混凝土表面产生较大的拉应力，当底板混凝土承受的拉应力大于混凝土的抗拉强度时，底板混凝土将出现垂直裂缝。

（2）养护意识缺陷。一方面，测量、放线人员在作业时，大量薄膜被掀起，养护人员没有及时铺盖好，加快了混凝土表面与大气温度的热交换速率，混凝土内外温差增大，混凝土内部较大的热胀温度应力，导致底板混凝土开裂［7］；另一方面，在混凝土内部的温度还没基本稳定时，施工人员就开始上部结构的施工作业，忽视了混凝土的养护。

5.2措施优化

5.2.1技术措施

根据监测数据与理论计算的比对分析，对该地下室其他施工段的混凝土施工制定了优化措施：

1）浇捣前抽吸底板及承台里存留的积水；

2）浇捣时采取从厚到薄、分层浇筑的方法施工，安排专门的施工管理人员对现场进行跟踪指导，把控好浇筑的速度和方法；

3）混凝土初凝时，对其表面用打磨机二次抹光，并及时依次铺盖湿土工布、薄膜、干麻袋进行保温保湿养护；

4）安排专门的养护人员对现场进行巡查，确保铺盖养护材料的完好性；

5）监测人员对监测的数据进行分析，将分析的结果、意见和养护人员实现及时对接；

6）延长养护时间，重点把控好前7天的养护工作，后期作业时确保铺盖完好，直至混凝土内部温度下降到正常为止。

5.2.2优化成果

根据优化的养护措施，对B1施工段的承台进行了监控、养护。B1施工段的承台为八边形变厚承台，最厚6.14 m。

1）监测成果。根据对称性原则，该承台共布设了21处148个测点，1、16号点的内外温差变化曲线如图4～5所示。

图4　B1-01号点内外温差变化曲线

图5　B1-16号点内外温差变化曲线

从图4～5可以看出，B1施工段承台的中部最高温度与表面温度的温度差≤25℃，承台表面温度与大气温度的最大温差为15.6℃，小于20℃，经现场检测，该承台养护效果良好，未出现可见裂缝。

2）理论计算。根据前面热工计算公式，估算承台表面温度为43.4℃，中部最高温度为67.5℃，承台的内外最大温差、表面温度与大气温度差均满足规范要求。

3）成果分析。通过对养护措施的优化，混凝土表面的热交换率、降温速率很小，内外温差得到有效控制，承台的实际监测值与理论计算值比较接近，承台未出现可见裂缝，养护达到了预期效果。

6　结语

裂缝对大体积混凝土的结构性能会造成严重的危害。在工程施工中，必须控制好混凝土的浇捣工作，以“监测为主，计算为辅”的原则制定养护方案，并且提高大体积混凝土的温度监测与协同养护意识，通过监测掌握温差动向，及时调整养护策略，才能确保工程质量。

［1］王涛.大体积混凝土施工裂缝分析及养护探讨［J］.黑龙江科技信息，2015（18）：220.

［2］雷元新，李奇逊，杨虹，等.某医疗综合楼地下室大体积混凝土施工研究［J］.南昌大学学报：工科版，2002，24（3）：75-79.

［3］栾福云，杨胜，刘亦红.浅析大体积混凝土裂缝成因及防治措施［J］.施工技术，2015（1）：51-53.

［4］朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制［M］.2版.北京：清华大学出版社，2014.

［5］《建筑施工手册》编委会.建筑施工手册［M］.5版.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［6］姜宏，陈宜虎.水灰比过大和过小对混凝土性能的影响［J］.中国水运，2007，7（10）：132-133.

［7］魏俊超.大体积混凝土裂缝产生原因及防控措施［J］.建筑知识，2014（4）：130.

【责任编辑：周绍缨410154121@qq.com】

Maintenance measures and temperature control of mass concrete construction

MALe，FUYao-dong，LEI Yuan-xin*

（Department ofCivil Engineering，Foshan University，Foshan 528000，China）

This paper based on the example ofthe construction oflarge volume concrete floor and cap pouringin a square basement，the temperature changes in the concrete construction process were monitored in the field，and according to the theory of the temperature crack of the concrete structure，the temperature control index of the mass concrete base slab is calculated.Through the comparison and analysis of the temperature monitoring value and the theoretical calculation value of concrete，the results showthat the maintenance of the film cover can not meet the quality requirements of mass concrete，only by the temperature measurement guidelines to adjust the measures ofthermal insulation coatingand implement precision conservation can receive good results.

mass concrete；heatingreservingcuring；temperature control；temperature stress

TU528

A

1008-0171（2016）04-0059-06

2016-05-16

佛山科学技术学院土木工程结构防灾、监测与控制技术协同创新发展中心资助项目

马 乐（1989-），男，湖南湘潭人，佛山科学技术学院硕士研究生。
*

雷元新（1963-），男，江西奉新人，佛山科学技术学院副教授。