高层建筑基础底板大体积混凝土施工技术

2023-10-27侯旭东

建材发展导向 2023年19期

侯旭东

(广州市恒盛建设集团有限公司，广东广州 510540)

随着我国科学技术和经济的发展，高层建筑物体的数量和规模在逐步增加，相应的其基础结构的尺寸也在不断加大，因此，如何做好高层建筑基础底板大体积混凝土施工技术已成为社会广泛关注的热点。例如很多时候我们在刚完成混凝土的浇筑后，就会出现一些裂缝，这些裂缝是在未受到任何外界荷载作用而产生的，因此，深入分析混凝土内部结构及变形变化是非常有必要的。

混凝土施工过程中会遇到水化热高，而产生一些裂缝。这是目前混凝土结构大面积施工过程中常见的一个现象，也是一直以来难以解决的问题。大体积混凝土在施工中，容易因水化反应而使其内部产生大量的热，造成其内部不断升温，加之混凝土厚度大，这些温度不易释放出来，进而使得其内部温度与外界温度不一致，从而导致混凝土表面产生一些裂缝。本文结合实际，研究如何在确保混凝土的强度下，提出更好的控制其内外部温差的措施，减少混凝土裂缝的产生。

1 大体积混凝土的施工技术

1.1 大体积混凝土的定义和特点

大体积混凝土没有统一的定义，由于各个国家的参考标准不同，导致对其定义也存在一定的差别。根据我国国标GB 50496—2009规定，认为混凝土的整体结构不小于1m的尺寸或者因其内部胶凝材料在水化时产生的温度变化和收缩导致裂缝产生的混凝土。

混凝土是由多种材料混合而成的，受内外部因素影响时各材料之间表现出的变形变化不同。大体积混凝土具有水化热大、施工复杂、用料多等特点，常用在大型建筑物的基础、高程建筑的基础等工程，具有耐火性好、抗压强度大，但其抗拉强度低，其主要特征表现为由于水泥水化过程中产生大量的温度，导致内外部温度不一致，而产生温度的应力，就会在其表面产生一定的裂缝。

随着大型建筑的不断兴起，也给大体积混凝土的施工带来了一定的挑战，众所周知，裂缝的问题一直是当今社会和关注研究的热点和难点，裂缝的出现降低了混凝土自身的强度、承载力及使用时间。主要表现为。

1)由于混凝土在施工时其内部受水化的影响，集聚大量不易散发的热量，导致其内外部温度不一样，会产生一定的温度应力，进而产生一些裂缝。

2)高层建筑基础底板大体积混凝土内部较为复杂，其钢筋的配置直径大、数量多，混凝土的变形模量与其相比较小，在混凝土发生收缩变化时，在钢筋的表面会出现辐射性的裂缝。

3)由于组成混凝土结构的成分有多种，每个成分的特性又不同，所以在同样的环境下，其发生的变化也不同，有的发生热膨胀现象比较明显，有的不明显，相互之间还会产生一定的约束力，进而导致微裂现象的出现。根据研究表明，这种微观裂缝可分为：粘着裂缝、水泥石裂缝和骨料裂缝。这些裂缝是用肉眼很难观察不到的。

1.2 大体积混凝土的配合比

混凝土配合比的设计不仅要根据工程的需要优化材料配合比的各项参数，还要确保混凝土自身的强度和尽可能的减少混凝土的水化热。我们可以通过试验，得到适中的水化热，进而得到更有效的配合比。实际施工过程中，尤其是混凝土浇筑的开始阶段，由于水化作用使得混凝土产生大量的热，其表面散热快，而内部的温度不容易散发，由于内外部的温差，生成的温度力而使得表面出现裂缝，因此我们必须采取有效的配合比，控制大体积混凝土内外部的温差，降低裂缝的产生。

1.3 大体积混凝土施工方法

大体积混凝土施工方法主要是分层浇筑法、添加外加剂法及降温措施法。根据施工建筑物基础的特点，分层浇筑法又可分为：斜面分层法、分段分层法和全面分层法三类，如图1所示。尤其是分层浇筑时，上下层的浇筑衔接一定要在下层混凝土未初凝前就要进行上层混凝土的施工。一般分层浇筑法应用较为广泛。

注：1.模板；2.新浇混凝土。

2 大体积混凝土裂缝机理和控制措施

当混凝土内外部产生的温度应力超过自身的抗拉强度极限时，就会产生裂缝。尤其是混凝土体积越大时，产生的力就越大，本文分析大体积混凝土裂缝的产生机理，并提出一些控制措施，为今后工程提供一些借鉴。

2.1 大体积混凝土裂缝产生机理

混凝土裂缝的产生受自身的组成材料、周围环境等因素的影响，总体来说一是自身内部结构的变形变化，一是来自于外部荷载的作用。一般是自身内部结构的变形变化占主要的因素，本文重点讨论混凝土结构变化的影响。

1)水泥水化热的影响，经理论研究和工程实践证明水泥在水化过程中会释放大量的热，这些热量积聚在混凝土内部很难散发出来，从而使其内外部产生温度差，这是裂缝产生的主要原因。水泥水化热值如表1所示，当水化热值达到200～400KJ/kg，其内部的温度升高30～40℃。

表1 水泥水化热热量值

2)周围气温的影响，周围温度的变化使得混凝土在施工过程中受到很大的影响，当周围气温降低时，混凝土表面温度也降低，内外部温差过大，形成大的温度应力，使得其表面开裂；当周围温度较高时，混凝土的温度也随之升高，此时内部温度主要受到浇筑温度及水化热影响，两者叠加使得混凝土的变形越来越大。

尤其是在冬季施工时，当外界温度在0℃以下时，混凝土内部的水会结成冰，其体积大约增加9%，产生一定的冻胀力，破坏混凝土的结构。同时，也影响混凝土和钢筋间的粘结力，降低混凝土的强度。

3)混凝土的收缩变形，硬化收缩：混凝土在施工时内部产生化学反应和物理变化，其形成的水化物一般较水泥自身的体积较小，这个过程会产生微弱的收缩变化。

塑性收缩：混凝土施工时，其内部的水分会蒸发，少数水分会保留下来，这个过程会产生一些微裂纹；同时，其内部也会发生水泥水化的作用，产生大量热，引起水分的蒸发，内部结构发生收缩现象，各个组成材料间会发生沉缩变形，导致混凝土表面产生不规则的裂缝。

干缩：当外界空气的湿度不足100%时，混凝土表面的水分也会蒸发，进而产生干缩现象。干缩现象并不能将混凝土内部的水分完全蒸发出去，剩下的水分将分布在混凝土的内部空隙和气孔中，在外界空气压力的作用下，产生内外部压力，形成收缩力，在这种力的作用下使得混凝土发生干裂。

2.2 大体积混凝土控制措施

以上分析我们了解了混凝土产生裂缝的主要原因，因此我们可以从两方面入手：控制好温度，这样能够降低由于混凝土内外温度不一样而产生温度应力；通过改善自身的性能，进而提高自身的抗裂能力。具体如下。

2.2.1 大体积混凝土施工技术中常用的降温措施主要包括。

1)选用含粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等低水化热的水泥，一般含有多种材料类型的水泥水化现象就越弱，因此大体积混凝土施工过程中不宜采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等水化程度较大的水泥。

2)进一步调整混凝土的股粒粒径和级配，细骨料采用中砂，而粗骨料采用连续级配。

3)混凝土浇筑后及时进行保温、保湿。一般要求在大体积混凝土模板拆除后就要马上用泡沫板进行至少28d的保温。保温的目的是增加混凝土表面温度对周围空气温度的变化有一定的抵抗能力，起到缓冲作用，而保温的过程中也能保湿，有研究表明，潮湿的环境下，混凝土表面的抗裂能力比干燥养护时更强。

4)降低水泥的用量，虽然混凝土产生的化学变化也会对其自身有影响，但与水泥水化产生的热量的影响来说，相对较小，因此我们要在施工过程中尽可能的减少水泥的用量；添加粉煤灰和减水剂，一是降低水泥的用量，另一方面降低单位用水量。

5)冬季施工时，更容易造成内外部的温差。首先我们要从材料的选型、施工管理和技术施工方案等方面做好充分的准备工作，并控制好混凝土的塌落度和搅拌时间，降低拌合水量；其次尽可能的降低混凝土的运输时间，并加快混凝土的浇注速度；最后做好混凝土施工后的保温保湿措施。

2.2.2 设置合理的分层分块浇筑

大体积混凝土的施工一般都会分为很多小块，然后再将每一小块分成许多浇筑层。其作用主要：1)分层浇筑有助于减少裂缝的产生；2)分块分层施工增加了散热面积，可以有效降低温度应力所带来的影响。

3 大体积混凝土配合比优化设计

在大体积混凝土施工过程中，裂缝一直是我们关注的难点和重点问题，这不仅降低了混凝土整体的承载能力，也使得一些有害物质更容易通过裂缝进入到混凝土内部，会引起腐蚀钢筋或降低自身的抗水性等危害。因此对于降低混凝土水化引起的温度是我们在优化方案设计过程中应该注意的地方。本文结合实际，从材料的构成及参数入手，综合考虑水化热、混凝土的早期强度及收缩变形三方面影响，进行其各方面的优化。

3.1 大体积混凝土配合比设计

混凝土中骨料和水泥石的界面的强度是整体最薄弱的地方，也是混凝土最易发生破坏的位置，主要与施工过程中所采用的水泥强度和水灰比有一定的关系。一般我们认为，随着水胶比的降低和水泥强度的增加其强度也相应的增加。通过试验的方法我们确定好混凝土的配置强度和水胶比。通常我们采用全计算法进行配合比理论的设计，其模型如图2所示。

图2 混凝土体积模型

3.2 混凝土强度优化设计

混凝土养护的湿度和温度、施工过程中采用的水泥等级、骨料、水灰比等因素会影响混凝土的强度。粉煤灰颗粒在混凝土施工中是非常常见的材料，这种材料可以有效增加水泥的强度。虽然前期混凝土的强度有所降低，但随着混凝土内部硬化的反应不断加强，粉灰煤也会发生水化现象，其自身的活性效应得到了释放，有助于混凝土后期强度的增加。