大体积混凝土基础底板施工温控技术分析

王 凯 湖南省第一工程有限公司

1 前言

随着近年建筑结构持续向高楼层、大荷载、深基础方向发展，大体积混凝土在建筑结构中得到越来越广泛的应用。与此同时，在施工中大体积混凝土存在因水化反应导致的温度裂缝问题也日显突出，严重影响了混凝土浇筑质量以及建筑的正常使用。对此，在大体积混凝土施工过程中科学开展温控工作十分重要，也是本文研究的重点所在。

2 大体积混凝土温度裂缝问题

大体积混凝土的裂缝可以分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝，其中危险程度比较大的为深层裂缝和贯穿裂缝。随着我国社会经济的快速发展和城市规模的逐渐扩大，大型建筑工程不断增多，大体积混凝土工程也随之增多。

大体积混凝土一次性浇筑量大、工程条件复杂，施工控制不当，极易引发温度裂缝，威胁混凝土结构耐久性和、安全性。因此，对深层裂缝和贯穿裂缝地避免，成了施工中的重点，也是施工中的难点。

目前，各国对大体积混凝土定义有一定差异，综合可归纳为：施工现场浇筑的混凝土尺寸大，需要采取控制温度等相关技术措施从而使得内部胶凝材料产生的水化热以及导致的体积变形得以控制的混凝土。

温度应力形成原因可归纳为两个方面：一是由于混凝土自身特性，在凝结硬化的过程中，收缩变形受到一定限制，形成拉应力；二是水泥水化热导致混凝土内部的升温过快或混凝土外部降温过快时，会形成较大的温差，从而产生温度应力。

这两个方面共同作用，尤其是在高温施工时，大体积混凝土内外温差形成的温度应力大于混凝土的抗拉强度，混凝土结构物的表面将会形成温度裂缝。基于此，在工程实践中采取温控措施将大体积混凝土浇筑过程中温升控制在合理的温度范围内，是一项关键工作，近年来逐渐成为建筑领域研究热点。

3 大体积混凝土基础底板施工温控技术

大体积混凝土基础底板施工的温控措施有降低混凝土的入模温度、降低混凝土的升温速度和降低混凝土外部的降温速度等方面，可以从材料和施工技术两个方面入手采取措施控制，尽量缩小大体积混凝土内外温差的情况下，可最大限度地避免裂缝的产生。

3.1 工程概况

靖州县芙蓉中学项目总用地面积58108.42m2，建筑面积27808m2。地下室一层，面积4583m2，层高3.5m，结构整体采用了桩筏基础形式，局部底板厚度达到2.0m，平面尺寸为39m×17m，属于大体积混凝土。

3.2 混凝土材料性能分析

对于大体积混凝土，普通硅酸盐水泥在其水化后有早期强度高的特性，是大体积混凝土的很好的胶凝材料，但其水化快，单位时间内放出热量多，易造成局部温差，产生温度应力进而产生裂缝。因此降低单位体积单位时间的水泥水化热尤为关键，可以采取优化水泥配合比，降低水泥用量的方法来进行控制。水泥品种可以选取低热硅酸盐水泥、矿渣水泥等低水化热品种的水泥，按照设计要求和试验结果配比外加剂（高性能聚羧酸系减水剂和缓凝剂等）。

另外，能够直接影响大体积混凝土自身相关热力性能的因素很多，具体涵盖混凝土材料的热膨胀系数、导热系数、比热容等，也包括混凝土底部地基土体的相应热工特性。根据该工程所采用的材料及相关文献的建议，本研究采用表1所示的材料性能参数。

表1 混凝土材料性能参数

3.3 大体积混凝土施工模拟

本工程地下室底板局部大体积混凝土施工期间，施工现场环境温度约为10℃，混凝土搅拌过程未采取特殊保温措施，入模温度取10℃，该大体积混凝土底面与土体接触，土体的温度可近似为环境温度10℃。

本研究采用有限元程序Midas/Gen进行数值模拟分析，采用实体单元建立大体积混凝土模型及混凝土下方地基土体模型，其中，地基土体选择大体积混凝土底面积两方向各延伸3m的范围，土体深度亦为3m，土体四周边界采用固定约束，模拟真实地基土体无限大的边界情况。大体积混凝土施工过程，选择了具有代表性的竖向剖面布置温度测轴，监测混凝土水化过程产生的热量。监测所得混凝土在浇筑97h后达到最高温58.0℃，而数值模拟得到的混凝土在浇筑120h后达到最高温54.3℃。此见，本研究所建立的有限元模型能较为准确地对大体积混凝土水化反应进行模拟。

由温度变化曲线可知，在混凝土浇筑后120h时，混凝土水化温度达到最高，此时的混凝土内部温度域温度最大值达到54.3℃，混凝土表面温度达到19.1℃，混凝土内外温差35.2℃。混凝土内外过大的温差，对大体积混凝土产生温度应力。在此拉应力作用下，大体积混凝土表面极易产生开裂，影响混凝土成品质量。

3.4 大体积混凝土基础底板施工温控要点

3.4.1 浇筑过程

在混凝土搅拌时可采用冰水配置混凝土，若搅拌站配置有深水井，也可采用井水配置；粗细骨料搭设遮阳棚，避免日光暴晒；施工时间尽量安排在21:00～8:00之间。以尽可能降低入模前混凝土浇灌的温度，确保入模温度不大于25℃。

为保证混凝土的流动性，浇筑前，还需对坍落度进行试验，一般为120±20mm。在浇筑混凝土过程中，从中间方位开始，逐渐朝两边或沿长边方向由一边向另一边的施工顺序进行；从斜方向开始，逐层递进，先浇筑薄层，再依次退浇，一次完成。浇筑时，应确保不同层级的混凝土相互之间保持稳定。

为了缩短混凝土水化热的传递路径，加速混凝土水化热的扩散，通常选择踏步式浇捣法进行斜面分段分层浇筑。每层分层的厚度不超过500mm，浇筑时间需严格把控，确保在浇筑上层混凝土时，下层混凝土还未进入初凝状态，确保上下浇筑面不分层，以提高浇筑质量。

加强振捣，以提高密实度和抗压强度，浇筑后，应及时进行二次抹面，防止早期收缩性裂缝的出现。

3.4.2 养护过程

大体积混凝土养护有两个目的：①创造使水泥得以充分水化的条件，加速混凝土的硬化；②防止混凝土成型后因日晒、风吹、干燥、寒冷等自然因素的影响而出现超出正常范围的收缩、裂缝及破坏等现象。

（1）为了减少混凝土中心温度、表面温度和环境温度的温差，对于施工完成的大体积混凝土段可以采用预埋冷却水管、投毛石的方法来降低混凝土中心温度和表面温度的温差；用草袋、锯木、湿砂等进行覆盖保温来降低混凝土表面温度和外界气温的温差，保证温度变化在预期之内，降低温差裂缝产生的风险。

（2）浇捣结束后，借助刮尺收口混凝土表面，降低大体积混凝土表面裂缝的程度，然后对混凝土进行一系列工艺处理，待混凝土终凝后并洒水养护，浇水次数应根据养护气温决定，以保持混凝土面湿润为准，在温度和湿度处于适宜的环境下，不断增强混凝土内部结构的强度。

（3）养护时间与水泥选材和环境温度有关，当采用普通硅酸盐水泥，养护时间不得少于14d；当采用矿渣水泥、火山灰水泥养护时间不得少于21d。

（4）在缺水地区或混凝土表面不便于浇水或者覆盖塑料布时，可涂刷薄膜养生液。养生液在溶剂挥发后可在混凝土表面凝结一层膜，隔断混凝土内水分的蒸发路径，以此进行养护。

（5）混凝土在养护过程中，若发现遮蔽不全、浇水不足，以致表面泛白或出现细小干裂缝时，应立即仔细遮盖，充分浇水，加强养护，并延长养护时间进行补救。

（6）混凝土强度未达到1.2N/mm²以前不得上人踩踏。

3.4.3 埋设冷却水管的要求

（1）冷却水管使用前应进行水压试验，防止管道漏水、阻水。

（2）混凝土浇筑到各层冷却水管标高后开始通水，各层混凝土峰值过后应停止通水，防止上层混凝土浇筑后下层混凝土温度的回升，采用二次通水冷却，通水时间根据测温结果确定。

（3）严格控制进出水温度，尽量使进水温度最低。

（4）待通水冷却全部结束后，应采用砼标号水泥浆或砂浆封堵冷却水管。

3.4.4 现场温度监控

（1）采用基于温度梯度的温控方法，选择代表性界面进行混凝土温度和内外差工艺性试验，温度采用电子测温仪、预埋测温探头进行检测。

（2）浇筑完成后，在保证其表面及棱角不因拆除模板而受损坏时，可拆除侧模，并覆盖保温洒水养护。此时，混凝土浇筑体外部表面特定位置与环境温差，不应大于20℃；混凝土浇筑体内部相邻两侧温点的温差，不应大于25℃。

（3）混凝土浇筑完成后，通过电子测温仪，测得混凝土中心温度、表面温度和环境温度，在混凝土浇筑完成后的1～3d内，每隔2h采集数值，测出混凝土温度峰值后，再测4个点进行复核。测温时应由专人负责，及时记录，有效把控浇筑过程中混凝土的内外温度变化。基础底板混凝土应选择具有代表性的两个交叉竖向剖面，布置温度测轴；且每个测轴测温点不应少于3处，环境测温点不应少于2处。

（3）每个竖向剖面周边及内部应设置测温点，两个竖向剖面交叉处应设置测温点。混凝土浇筑体表面测温点，应设置在保温覆盖层底部或模板内侧表面；每个剖面周边测温点，应设置在混凝土浇筑体表面40mm～100mm以内的位置。

4 结束语

综上所述，大体积混凝土基础底板施工过程中，混凝土内部热量不易散发，表面与空气接触，热量传递较明显，里表温差大，底板表面易产生温度裂缝，导致混凝土质量问题。大体积混凝土基础底板施工温控是重中之重，需在浇筑、养护过程中做好温度控制与监控，控制好里表温差，为建筑整体质量控制夯实基础。