筏板大体积混凝土裂缝控制研究

王明［华润置地(厦门)房地产开发有限公司］



筏板大体积混凝土裂缝控制研究

王明
［华润置地(厦门)房地产开发有限公司］

【摘要】本文通过工程实例，针对筏板大体积混凝土裂缝问题，采取施工前控制预拌混凝土配合比、选用合适外加剂，施工过程合理布料，分成浇筑，施工完成后的养护及温度监测等一系列控制措施，有效地防止筏板承台大体积混凝土出现裂缝的情况。

【关键字】筏板承台；大体积混凝土；裂缝控制；混凝土温度监测；冷却水管降温技术

近年来，随着我国建筑行业技术的迅猛发展，异性复杂结构形式屡见不鲜，高层、超高层建筑层出不穷，大体积混凝土在地下室底板施工得到了越来越广泛的应用。但是在建造过程中，因为出现混凝土裂缝而影响工程的质量，甚至导致结构垮塌的严重后果也时有发生。如何有效防止和控制混凝土裂缝的出现以及发展，显得非常重要。本文结合厦门华润中心华润大厦C座主楼底板承台大体积混凝土施工实例，从施工前的准备、施工过程的把控以及大体积混凝土浇筑完成后的养护和温度监控三个层面出发，就如何有效防止和控制筏板承台大体积混凝土裂缝进行阐述。

1　工程概况

厦门华润中心大厦，位于厦门市思明区，为一类高层综合楼，具有三层（局部四层）地下室。基础为桩基筏板基础，筏板厚度均为800mm；大体积混凝土施工区域为C座承台CT-2、CT-3a、CT-3b、CT-4以及CT-40，承台的平均厚度均超过2.0m，其中CT-40为呈阶梯型，深度分别为7.1m，5.8m，4.0m和2.0m。混凝土强度为C35抗渗等级为P8级，混凝土最终使用量为3734m3。

2　大体积混凝土裂缝原因分析

⑴大体积混凝土结构断面尺寸较大，混凝土刚浇筑时，其弹性模量较小，徐变较大，升温引起压应力不大。随着时间的推移，混凝土逐渐凝结，此时混凝土弹性模量不断增大，徐变减小，该过程中混凝土内部产生压应力不断增大，当其超过混凝土的抗拉强度时便产生了裂缝。

⑵水泥水化热产生大量热量在浇筑完成后的1～3天放出的热量接近于总热量的一半，混凝土内部最高温度一般出现在浇筑完成后的3～5天。由于混凝土内部温度散热较慢，其表面温度在没有保温材料覆盖的情况下，与空气接触导致表面温度流失太快，因此形成内外温差。当混凝土内外温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。当温度应力超过混凝土内外的约束时，引起裂缝发生。

综合以上两点的分析，不难发现大体积混凝土产生裂缝的根本原因是温度。混凝土的温度组成主要有三方面：①水泥水化热引起的绝热温升；②浇筑过程中的温度；③浇筑后的散热温度。将根本原因分成三个组成因素，逐个解决这些因素将最终实现减少筏板承台大体积混凝土裂缝产生的目标。

以上三个温度因素可以从三个不同层面解决：浇筑前通过选择合适的原材、优化配合比、选用较好的外加剂等方法降低水泥水化热引起的绝热温升；施工过程中运用合理布料、分层浇筑、振捣密实并配合有序的混凝土调度解决混凝土的浇筑温度；浇筑完成后通过及时覆盖保温材料和内部冷却水降温法解决浇筑后的散热问题，并做好温度监控工作。

3　施工前控制

3.1优选混凝土原材料

⑴水：选择饮用水作为混凝土制作原料。

⑵水泥：选芜湖海螺水泥有限公司生产的海螺P.O42.5级普通硅酸盐水泥，其配置的混凝土具有早期强度高、抗渗性能好、水化热低的特点。

⑶细集料：使用细度模数为2.7的中砂，含泥量小于1.0%。

⑷粗集料：使用5～25mm连续粒级碎石，含泥量小于1.0%。

3.2掺和料

本项目使用的掺和料为：Ⅱ级粉煤灰和S95矿渣粉。掺和料的作用主要有以下两点：

⑴粉煤灰具有火山灰活性，其能与水泥水化过程中产生的氢氧化钙缓慢地进行“二次反应”，生成以硅酸钙为主的水化产物，该水化产物能与水泥浆硬化晶体坚固地结合起来，进而提高后期强度，增强混凝土的抗渗性和耐久性。此外，由于粉煤灰在混凝土中具有超火山灰活性的特殊物理功能、填充浆体空隙功能、与水泥整体的协调功能等，使混凝土生产过程中发生的物理化学作用达到动态平衡，起到了使混凝土性能改善和质量提高的作用。

⑵粉煤灰和矿渣粉加混凝土中，用作混合材料取代一部分水泥，不仅能降低工程造价，明显提高混凝土的耐久性。

图1　大体积砼浇筑现场布置图

3.3外加剂

选用缓凝型聚羧酸系高性能减水剂作为外加剂。由于减水剂在保证混凝土稠度不变的条件下，能显著地减少混凝土中拌和用水，同时能改善混凝土的和易性。根据混凝土强度与水灰比的关系可以知道，水用量减少，水灰比减小，因此混凝土强度增大，即减水剂具有提高混凝土强度的作用。

3.4优化配合比

混凝土配合最终影响的是水泥水化过程中产生的绝热温升，经过混凝土搅拌站过多次实验确定的配合比为水泥：水：砂：石=1:0.58：2.54:3.48。

通过精选原材料和优化配合比的方法，其目的都是为了从混凝土的制作源头上降低其自身产生的热量。

4　施工过程控制

4.1合理布料

本工程在筏板承台大体积混凝土浇筑时使用两台天泵和地泵结布料机的方式对施工范围实现全覆盖作业。浇筑过程严格要求搅拌站配合现场浇筑情况做到合理调度，提前考虑高峰期情况，做好预先发料，实现大体积混凝土连续浇筑，尽量避免出现供料不及时导致施工冷缝出现。

4.2振捣密实

大体积混凝土浇筑过程的混凝土振捣是一个重要环节，严格要求泥水工人按照操作规程进行操作，做到快插慢拔。在振捣过程中，振动棒略上下抽动，使混凝土振捣密实，插点要均匀，插点之间控制在50cm，离开模板距离为20cm。除了钢筋稠密处，采用斜向振捣外，其他部位均采用垂直振捣。振捣过程中应振动棒上下来回抽动50～100mm，使上、下震动均匀。每点振捣时间一般20～30秒，使混凝土表面不显著沉降，不出现气泡，表面泛出灰浆为止。严防漏震和过振造成的混凝土不密实、离析现象。防止先将表面混凝土振实而与下面混凝土发生分层、离析现象。

振捣器插点要均匀排列，采用“交错式”的次序移动，避免漏振。保证后浇筑的混凝土在已浇筑混凝土初凝之前搭接，防止出现冷缝。

图2　交错式振动棒插点布置图

4.3分层浇注

大体积混凝土工程的施工宜采用整体分层连续浇筑施工，即一个坡度、分层浇筑、循序渐进、一次到顶的原则。分层连续浇筑的施工特点，一是混凝土一次需要量相对较少，便于振捣，易保证混凝土的浇筑质量；二是可利用混凝土层面散热，对降低大体积混凝土浇注体的温升有利；三是可确保结构的整体性。

图3　分层斜向浇筑示意图

5　浇筑完成后养护与测温

5.1养护

本工程筏板承台大体积混凝土的养护原则是“表面保温，内部降温”，即当混凝土经收面、磨光、拉毛之后立即覆盖一层塑料薄膜和四层土工布，最后在面层再铺一层塑料薄膜，防止保温材料被打湿。混凝土保温层的厚度计算严格按照《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009附表C中的公式计算：

δ=0.5h·λx（T2-Tq）Kb/λ（Tmax-T2）

为了降低混凝土内外温差过大产生，采取预埋冷却水管，待混凝土浇筑完成后进行通水，将混凝土内部产生的不易散发的热量带走。由于承台厚度较大，故沿深度方向设置了三层冷却水管系统，每一层冷却水管设置两个进水口和两个出水口，防止混凝土升温较快导致降温不及时情况。

图4　第一层冷却水管布置图

图5　第二层冷却水管布置图

图6　第三层冷却水管布置图

表1　 9#测温点2015-11-18

5.2温度监测

在筏板承台混凝土浇筑前，根据随机分布的原则，在承台设置13个测温点，每个测温点沿其深度方向布置测温线。将混凝土测温线与钢筋绑扎后伸入承台内，两端与承台钢筋点焊牢固。测温线的端头是温度传感器，沿深度方向间距600mm布置，最上层（最下层）温度传感器距离混凝土面层（底层）50mm，测得的温度表示混凝土表面（底面）温度。

图7　测温线

图8　测温点布设图

图9　 9#测温点不同时段测温记录折线图

在混凝土浇筑结束后的三天内，测温频率为2小时一次，三天后测温频率调整为4小时一次，每次测温都要求做好温度监测记录，并实时对数据进行汇总整理。

由于测温数据较多，不一一例举，仅以承台最深处的9#测温点在浇筑完成后的第一天的测温情况记录为例进行说明：

在2015年11月18日当天的中午十二点，冷却水管开启后，通过图表可以发现混凝土中心开始下降，里表温差显著降低，且不超过25℃，满足《大体积混凝土

施工规范》GB50496-2009中的要求。

6　结论

厦门华润中心大厦筏板承台大体积混凝土施工完成后，混凝土表面均无出现有害裂缝，仅在局部地方出现少量的表面不规则裂缝，达到了预期目的。

针对大体积混凝土裂缝的情况，只要措施到位，能够很大程度上地减少裂缝的出现。首先从原材料入手，优选合适原材料，优化混凝土配合比，从源头上降低混凝土的绝热温升，从根本上解决升温阶段裂缝的产生。同时精确计算掺和料和外加剂的使用量，既改善了混凝土的和易性，又增强了混凝土的强度。其次在浇筑过程中，做到合理布料，分层浇筑，振捣到位，促进混凝土的散热。最后，混凝土的养护措施极为重要，面层做好保温措施，选择合适的保温材料，混凝土内部通过冷却水管进行内部降温，减小混凝土块体表里温差，更有效地降低混凝土裂缝出现的概率。