对混凝土基础与施工技术的探讨

王红莉

江西建工第四建筑有限责任公司

摘要：本文将根据某市电信大厦为例展开讨论，首先，从施工中大体积混凝土常常出现与产生的裂缝，以至影响到整个结构的整体性和耐久性；其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有不容忽视的影响。从混凝土易产生的裂缝原因，基础质量的技术措施温度控制等方面来阐述，和降低混凝土约束力及保证混凝土的质量等作出了相关的阐述与说明，并保证了大体积混凝土的顺利与正常施工。

关键词：混凝土；基础质量；温度控制

1 引 言

在我国的高层建筑、水坝、桥梁、电站等大型设备的基础，常称作大体积混凝土，但其概念目前尚未统一说法，根据美国混凝土协会 ACI的定义是：任何就地浇灌的大体积混凝土，其尺寸之大，必须采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂。国内有学者认为结构系数M<2即为大体积混凝土。工程实践中，一般采取控制混凝土施工中的温度（混凝土内外最大温差不超过25℃）和降低混凝土的约束力来保证大体积混凝土的质量。

2 混凝土易产生裂缝的原因

2.1 收缩变形作用

温度、收缩、不均匀沉降等变形作用都可能会引起大体积混凝土开裂，混凝土在硬化早期，因其体积厚大、导热不良、内部大量水化热不易散去，内外有较大的温差，引起温度应力，应力一旦超过混凝土的抗拉强度，裂缝自然产生。

2.2 约束作用

不收约束作用的混凝土，不易产生应力导致其开裂，当混凝土在收缩变形时若受到地基或其边界原有结构的制约，就会产生拉应力，严重时引起开裂。另外混凝土温度高、体积膨胀，外部混凝土文帝低，体积收缩，相互制约的结果是内部混凝土受压，外部混凝土受拉。

2.3 混凝土抗拉强度低

混凝土的抗拉强度低，一般为其抗压强度的10%作用，极限拉伸也小，通常在（1～3）×10左右，大体积混凝土的变形作用受到约束时的拉应变，或拉应力极有可能超过混凝土的极限拉应变（或抗拉强度）而开裂。

一般设计中一般要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时候温度应力可超过其他外荷载所引起应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工尤其重要。

3 工程概况

某市中国电信大楼，由主楼和裙楼组成，裙楼4层（局部5层），主楼地下1层，地上16层，另有1层技术层。该楼采用筏式基础，混凝土强度等级为C30抗渗等级为P6，基础厚度2.5m～3.0m，平面尺寸45m×33m混凝土用量约3800，属大体积混凝土。基础施工在5月中下旬进行，气温较高。由于采取了有效的技术措施，成功的解决了混凝土防裂问题。

4 原材料的选用

水泥：C30大体积混凝土应选用水化热较低的水泥，并尽可能减少水泥用量。

细骨料：根据工程中具体情况而定。

粗骨科：在可泵送情况下，选用粒径5～32.5连续级配石子，以减少水泥用量和混凝土收缩变形。

含泥量：在大体积混凝土中，粗细骨料的含泥量是要害问题，若骨料中含泥量偏多，不仅增加了混凝土的收缩变形，又严重降低了混凝土的抗拉强度，对抗裂的危害性很大。因此骨料必须现场取样实测，石子的含泥量控制在1%以内，砂的含泥量控制在2%以内。

掺合料：采用添加粉煤灰技术。项目部根据试验选定采用二级粉煤灰，在混凝土中掺用的粉煤灰不仅能够节约水泥，降低水化热，增加混凝土和易性，而且能够大幅度提高混凝土后期强度，大大降低了混凝土前3d的水化热。

外加剂：采用外加膨胀剂（AEA）技术。在混凝土中添加占胶凝材料8%的AEA。经验证明，在混凝土添加了AEA之后，混凝土内部产生的膨胀应力可以抵消一部分混凝土的收缩应力，从而提高了混凝土抗裂强度和抗渗性能。

5 确保泵送混凝土基础质量的技术措施

5.1 混凝土原材料优选

水泥的品种与用量：一般大体积混凝土，应选择水化热低的水泥品种，该工程选用矿渣水泥，强度等级为42.5R。

由于减少水泥用量可以明显减少水化热降低温升，该工程掺入了15%的Ⅱ级粉煤灰代替水泥。美国垦务局提出的绝热温升公式如下：

式中：——在龄期t时的绝热温升（℃）；

——每kg混凝土中的水泥用量（kg/）；

Q——每kg水泥的水化热（kJ/kg）；

P——混凝土的密度（kg/）；

C——混凝土的比热kJ/（kg.k）；

m——随混凝土浇建筑温度！水泥品种等而异的系数。

据上式可算得单方混凝土中水泥用量每增减10kg，绝热条件下混凝土温度升降1℃～2℃，考虑到粉煤灰后期强度和普通混凝土强度在28d后仍有增长特点，在征得设计部门和业主同意后采用60d的混凝土强度作为评定标准，既保证了混凝土强度，又减少了水泥用量。

5.2 集 料

（1）砂：细度模数为M-2.9的中粗砂<3%，含泥量级配良好，不得含有粘土团粒。

（2）石：为配合泵送，选用10～40mm卵石，针片状<15%含泥量<1%。

5.3 外加剂

為保证P6的抗渗等级指标，混凝土掺入了UEA混凝土膨胀剂，另外加入了混凝型复合减水剂，以保证泵送混凝土的施工要求，同时也减少了水泥用量。掺入粉煤灰，不但减少水泥用量，而且可以有效抑制咸骨料反应。

5.4 混凝土配合比的优化

该工程全部使用商品混凝土，泵送工艺浇筑施工。根据技术要求，商品混凝土出机时间的落度为200mm以上，浇筑现场实测170～180mm，很好地满足了泵送工艺。

6 温度测控

6.1 控制混凝土的出机温度和入模温度

（1）集料堆场连续用冷水冷却。

（2）规定合理的拆模时间、避免土表面发生急剧的温度梯度。

（3）搅拌用水中掺入冰块。

（4）在混凝土中预埋水管，通入冷水降温。

（5）暴露出的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，遇寒冷季节要采用保温措施。

（6）混凝土泵输送管道外壁四周用多层草袋包裹并反复淋水。根据热量平衡原理，经计算（过程从略）混凝土出机温度为29.3℃实测平均为30.1℃运至工地入模温度30.4℃。

6.2 提高混凝土面层温度

混凝土全部浇筑完毕后，采取蓄水法进行养护。水深20cm，上覆塑料薄膜，混凝土内部分水化热不断地向表面传递，及太阳辐射作用，养护水温度慢慢升高。假设混凝土在水中低温养护，对混凝土的养生特别有利，又利于保证混凝土的质量防止开裂。水价低廉，经济效果明显。

6.3 降低混凝土内部温度

（1）结构混凝土中放入（分散均匀）150～200mm的块石约100m2，以降低水化热温度，稳定体积，减少收缩，节约混凝土。大石表面应无浮尘fcu≥60MPa。

（2）混凝土内部布置循环冷却水管，让循环水吸收混凝土内部水化热，以降低温度。

（3）如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。

6.4 温度测定

（1）测温范围，混凝土内部布置近30个测点测温，混凝土上表面测温，即水温混凝土四周的模板外草袋内温度，大气温度。

（2）测温仪器，混凝土内部用热敏电阻温度传感器，其它位置用水银温度计。

（3）测温频率：混凝土浇筑3h后开始连续进行，第1～7d每2h测温1次，第8～9d每6h测1次，第10～15d每12h测1次。

6.5 温度计算

综合上述措施，通过热平衡计算（过程从略）预测的温差△t计算如下：

（1）绝热温升30.1℃；

（2）施工时混凝土的入模温度30.4℃；

（3）预计混凝土内部中心最高温度30.1℃+30.4=60.5℃；

（4）通过蓄水法保温，混凝土表面温度（水温）为30℃～34℃平均为32.8℃

（5）由于投入毛石，可降低混凝土中心温度约4.0℃；

（6）由于采用循环水冷却，可降低混凝土中心温度约5.0℃；

（7）混凝土内外实际温差△t=60.5℃-32.8℃-4.0℃-5.0℃=18.7℃。考虑施工中的不利因素，乘以系数1.3则18.7℃×1.3=24.3℃，不超过25℃；

（8）测试表明温升正常，混凝土内部最高温升值发生在混凝土浇筑后5d内平均实测最高温度为54.1℃，混凝土表面温度32.8℃，混凝土内外温差小于25℃。

经前期温度测量试验及结构实体检测，温度监测采用预防温度管并通过专用温度计自行测量，通过修正后完全能达到电子测温要求，能够真实的反应混凝土的内部实际温度值。

因此，改善混凝土的性能，控制混凝土的出机温度和入模温度，提高混凝土面层温度，提高抗裂能力，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量防止裂缝是十分重要，应该特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

7 其它技术措施

（1）浇筑方法采用斜面分层法。

（2）由于加入了缓凝剂，混凝土初凝时间为6h上下层混凝土浇筑时间间隔，控制在2～3h左右。

（3）实施二次振捣。控制混凝土泵布料厚度，且振搗上层混凝土时振动棒插入下层混凝土表面50cm以上，以利于散热和保持混凝土的整体性。

（4）排除混凝土表面的泌水。当混凝土浇筑接近基础端部处时，改由端部向中间浇筑的以形成坡度，使混凝土表面的泌水和浮浆汇聚，经模板预留孔流出，再次汇聚后用水泵排除。

（5）凡结构暴露表面均多次压实抹光。拆模：拆模不可过早，以避免混凝土基础侧面温度变化过快，温度梯度过陡，而此时混凝土的强度较低，极限拉伸小，易形成裂缝。施工中应注意拆模时间的选择。由于方法得当，加上措施有力，施工前周密部署，施工中严格管理，该混凝土基础没有出现裂缝，既满足了业主的要求，又总结了泵送混凝土施工的宝贵经验。

（6）施工中应注意的问题

①大体积混凝土浇筑不应留冷缝，保证浇筑的交接时间，应控制在初凝前；

②保证振捣密实，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，严防漏振及过振；

③及时发出温控警报，做好覆盖保温及保湿工作，但覆盖层也不应过热，必要时应解开保温层，以利于散热；

④夜间温度较低，因此应加强夜间混凝土温度的监测工作和养护工作，确保大体积混凝土内部梯度；

⑤保证混凝土供应，连续浇捣，确保不留冷缝；