论文部分内容阅读
摘要:温度裂缝是底板大体积混凝土常见的质量通病，它会影响到混凝土结构的安全和性能，因此，加强对温度裂缝的控制具有重要意义。本文结合地下室底板大体积混凝土施工实例，介绍了温度裂缝控制措施，取得了较好的效果，为类似工程温度裂缝的控制提供参考。
关键词:大体积混凝土；温度裂缝；配合比；温升计算；温度控制
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着城市土地资源的减少，地下室的建设不断增加，混凝土体积也越来越大，尤其是在底板的设计中，大体积混凝土的应用十分广泛，厚度与深度也不断增加。在地下室底板大体积混凝土施工中，由于混凝土单次浇筑方量大，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。因此，有必要加强对地下室底板大体积混凝土温度的控制，最大限度避免温度裂缝的产生，确保工程的质量。
1工程概况
某建筑工程，总建筑面积为22073.2m2，其中:地下建筑面积4512m2，建筑层数地上十二层，地下一层。建筑总高度49.85m，建筑占地面积1667m2，主要结构类型为钢筋混凝土框架剪力墙结构。
2 大体积混凝土配合比确定
根据设计文件要求:桩承台、基础梁和底板、地下室部分的墙体设计要求为C30P8，结构环境类别为二(a)类。现场施工采用预拌混凝土施工，其坍落度要求为(140±30)mm。配合比设计依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》、GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》和JGJ/T178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》，为降低混凝土施工时的水化热，同时使得混凝土具有补偿收缩功能，在混凝土配合比设计阶段采用“三掺法”进行配合比设计，主要是在混凝土中掺入粉煤灰、粒化高炉矿渣、AEA膨胀剂等掺合料。
3 大体积混凝土绝热温升计算
该配合比胶凝材料总量为370kg/m3，粉煤灰掺量为11.6%，粒化高炉矿渣掺量为9.7%，AEA膨胀剂掺量为8.1%。
混凝土绝热温升计算，根据GB50496－2009《大体积混凝土施工规范》标准:水泥水化热总量
地下室底板和承台的混凝土配合比掺入粉煤灰与矿渣粉，根据粉煤灰和矿渣不同掺量查找GB50496－2009《大体积混凝土施工规范》标准表B.1.3的k1和k2系数，则不同掺量掺合料水化热调整系数:k=k1+k2－1=0.958+1－1=0.958
胶凝材料水化热总量
Q=kQ0=0.958×301.06=288kJ/kg
混凝土的绝热温升可按下式计算:
，表明该配合比满足JGJ55－2011《普通混凝土配合比设计规程》第7.5.5条在配合比试配和调整时，控制混凝土绝热温升不宜大于50℃。
4 现场大体积混凝土施工和温度监控
本工程地下室在⑥轴至⑦轴间设置后浇带，混凝土浇筑施工时分东区和西区进行浇筑。混凝土底板采用一层塑料膜和一层6mm厚的混凝土养护保湿棉毡覆盖养护；2m厚的承台部位局部采用一层塑料膜和二层6mm厚的混凝土养护保湿棉毡覆蓋养护；4m厚的ZT5－50和ZT5－39大承台局部采用3层分别为6mm厚的混凝土养护保湿棉毡上下再各铺一层塑料薄膜养护，混凝土经二次抹光后覆膜养护，经过1天半的时间养护后再对底板进行浇水养护，该水系抽取地下室降水井的水(水温约20℃左右)，积水井和电梯井被养护水灌满后在其水面上覆盖一层养护用的塑料薄膜并盖上混凝土模板，避免这两个井的内壁受外界环境温度影响导致井壁混凝土开裂，地下室底板混凝土经过12d养护后去除保温层改为浇水养护。
为真实地反映出混凝土浇筑体内最高温升、里表温差、降温速率及环境温度，本工程选取有代表性的西区6/G的ZT5－7a承台(深度2m)和东区ZT5－39承台(该承台4m深，且承台内分别有2.8m深积水井和2m深电梯井)进行混凝土测温，并以测温监测情况来实时调整地下室混凝土保温控制措施。由于西区6/G的ZT5－7a承台形状规整且深度只2m，故本文仅对ZT5－39承台测温布线和测温情况进行介绍，在混凝土浇筑前对ZT5－39承台埋设测温线的布置方式:在ZT5－39承台的积水井和电梯井之间(基本上是该承台的近中心位置)布设1根PVC测杆，另两个PVC测杆分别布置在以第一根PVC测杆为中心的混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线上，测杆沿承台厚度设置5个测点，测点分别为距离混凝土面层和底层各50mm和1000mm位置还有一个是距面层2000mm位置，其中距离混凝土浇筑体面层50mm处的测点所测的温度为表面温度、距离混凝土浇筑体底面50mm处的测点所测温度为底面温度，距离混凝土浇筑体面层2000mm处的测点所测的温度为中间温度。测温杆布设位置。测温线穿入该测杆管内，在该管相应位置开槽把测头引出管外并用塑料胶布固定在外管壁。测杆用铁线绑扎固定在附近钢筋旁而不与钢筋靠在一起以免影响温度监测。在混凝土浇筑后，采用JDC－2型便携式测量记录仪检测混凝土温度每昼夜按不应少于4次的频率进行温度监测，经近30天的混凝土温度监测该承台中心位置测杆的测温线详见(图1)。从图1可知:该承台中心部位最高温度出现在约4.5天时刻最高温度为48.1℃，按照上述的保温措施，大体积混凝土中心温度与表面温度之差均小于25℃，混凝土表面温度与保湿棉毡内温度(或环境温度)之差均小于20℃，混凝土浇筑体的降温速率也小于2.0℃/d。本项目对积水井和电梯井采用的蓄水加塑料薄膜保温措施也保证了混凝土中间温度和表面温度与水温的差均小于25℃(积水井和电梯井的水温变化见图1，该水温系分别在积水井和电梯井水面下1.5m的位置测得)，从而避免了井壁出现裂缝。
图1 ZT5－39承台测温曲线图
4 大体积混凝土浇注体施工阶段温度应力与收缩应力的计算
根据地下室的特点，本工地对ZT5－39大承台进行浇筑体施工阶段温度应力与收缩应力计算，ZT5－39承台形状尺寸为长×宽×高=(9750×9750×4000)mm，承台内有尺寸:长×宽×高=(2550×2200×2000)mm电梯坑井和长×宽×高=(1500×1500×2800)mm积水坑井各1个。该承台底部和面部采用Φ25@100双向布置，该承台配筋率经计算为0.023，水力半径的倒数为40.4%。胶浆量为22.3%。根据上述条件查GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》表B.2.1可得:M1=1.0、M2=1.06、M3=1.10、M4=1.09、M5根据龄期的变化选取、M6=0.77、M7=1.2、M8=0.92、M9=1.3、M10=0.92、M11=1.0，计算混凝土收缩的相对变形值为:εy(t)=4.19×10－4×M5×(1－e－0.01t)分别计算出t=4d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时混凝土收缩的相对变形值的当量温度汇总到表2。
混凝土收缩相对变形值的当量温度:Ty(t)=41.9×M5×(1－e－0.01t)分别计算出t=4d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时混凝土收缩的相对变形值汇总到表2。根据粉煤灰和粒化高炉矿渣掺量查GB50496－2009《大体积混凝土施工规范》表B.2.1可得:β1=0.994、β2=1.01，则混凝土的弹性模量:E(t)=3.012×104×(1－e－0.09t)分别计算出t=6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时混凝土收缩的相对变形值汇总到表1。
表1 ZT5－39承台温度应力数据汇总表
地下室在现场施工过程中，承台基础处于散热条件下，考虑上下表面一维散热，应用差分法算得结果，散热影响系数约为0.74，则水化热温升Tmax=0.74×46.2=34.2℃，估算ZT5－39承台基础中心最高温度为15.1+34=49.1℃。经现场测温该承台中心部位最高温度(详见图1)实测值为48.1℃，与估算值仅差1.0℃。由于计算温度应力时一般按3d划分一区段，根据图2实测数据由混凝土浇筑后经过4d开始，按照计算区段步长j=3d。混凝土浇筑体的里表温差可按下式计算:△T1(t)=Tm(t)－Tb(t)其中Tm(t)和Tb(t)分别取龄期为4d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时混凝土浇筑体内实测求得的中部和表层温度，△T1(t)计算值(详见表1)，混凝土浇筑体的综合降温差:△t2(t)=1/6［4Tm(t)+Tbm(t)+Tdm(t)］+Ty(t)－Tw(t)根据图3:ZT5－39承台测温曲线，分别计算出t=4d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d混凝土浇筑体的综合降温差(数值详见表1)，其中混凝土浇筑体预计的稳定温度或最终稳定温度可取该地区年平均温度Tw(t)=20.1℃。根据图1所示:混凝土浇筑体表面温度Tb=26.9℃;混凝土达到最高温度(浇筑后3d－5d)的大气平均温度Tq=18.4℃，混凝土浇筑体内的最高温度(出现在第4天)Tmax=48.1℃，当风速不大于4m/s情况传热系数修正值Kb=1.3，现场采用混凝土浇筑体表面保温层厚度的计算:
ZT5－39大承臺采用在3层分别为6mm厚导热系数取0.04W/(m·K)的混凝土养护保湿棉毡、上下再各铺一层0.0005mm塑料薄膜且保湿养护，多种保温材料组成的保温层总热阻可按下式计算: (m2·K)/W混凝土表面向保温介质放热的总放热系数(不考虑保温层的热容量)，可按式计算: W/m2·K)，保温层相当于混凝土的虚拟厚度，混凝土浇筑体的长度L=9750mm，块体实际厚度与保温层换算混凝土虚拟厚度之和H=4000+1090=5090mm，地下室承台开挖完毕采用水泥空心砖砌筑的砖胎膜基础底部为素混凝土垫层，则Cx取值100×10－2N/mm3，混凝土外约束的约束系
数可按下式计算: 分别计算出t=6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时的混凝土外约束的约束系数(数值详见表1)，在第i计算区段内混凝土浇筑体综合降温差的增量△T2i(t)=△T2(t)－△T2(t－k)混凝土浇筑体的综合降温差外约束拉应力可按分别计算出t=6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时的混凝土外约束拉应力(数值详见表1)。混凝土强度等级为C30时抗拉强度标准值为2.01N/mm2，混凝土龄期为t时的抗拉强度标准值可按下式计算:ftk(t)=ftk(1－e－γt)=2.01×(1－e－0.3t)，根据掺合料的掺量按表B.7.2－1取值λ1=1.017、λ2=1.06，对混凝土抗拉强度影响系数λ=λ1·λ2，混凝土防裂性能可按下列公式进行判断:
详细数值见(表1)。
从表1的计算数值可知:该数值均大于1.15。表明混凝土抗裂性能满足要求。
5 结束语
实践证明，本工程的地下室底板大体积混凝温度裂缝控制措施是有效的，在底板混凝土浇筑完毕至今未出现有害裂缝，混凝土强度、抗裂性能满足设计要求，其温度控制经验为类似工程的施工有着重要价值。
参考文献
[1] 姜小虎;乐德山.地下室底板大体积混凝土裂缝控制技术[J].山西建筑,2008年18期
[2] 周山.地下室大体积混凝土底板裂缝的质量通病及其防治[J].科技信息,2011年36期
关键词:大体积混凝土；温度裂缝；配合比；温升计算；温度控制
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着城市土地资源的减少，地下室的建设不断增加，混凝土体积也越来越大，尤其是在底板的设计中，大体积混凝土的应用十分广泛，厚度与深度也不断增加。在地下室底板大体积混凝土施工中，由于混凝土单次浇筑方量大，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。因此，有必要加强对地下室底板大体积混凝土温度的控制，最大限度避免温度裂缝的产生，确保工程的质量。
1工程概况
某建筑工程，总建筑面积为22073.2m2，其中:地下建筑面积4512m2，建筑层数地上十二层，地下一层。建筑总高度49.85m，建筑占地面积1667m2，主要结构类型为钢筋混凝土框架剪力墙结构。
2 大体积混凝土配合比确定
根据设计文件要求:桩承台、基础梁和底板、地下室部分的墙体设计要求为C30P8，结构环境类别为二(a)类。现场施工采用预拌混凝土施工，其坍落度要求为(140±30)mm。配合比设计依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》、GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》和JGJ/T178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》，为降低混凝土施工时的水化热，同时使得混凝土具有补偿收缩功能，在混凝土配合比设计阶段采用“三掺法”进行配合比设计，主要是在混凝土中掺入粉煤灰、粒化高炉矿渣、AEA膨胀剂等掺合料。
3 大体积混凝土绝热温升计算
该配合比胶凝材料总量为370kg/m3，粉煤灰掺量为11.6%，粒化高炉矿渣掺量为9.7%，AEA膨胀剂掺量为8.1%。
混凝土绝热温升计算，根据GB50496－2009《大体积混凝土施工规范》标准:水泥水化热总量
地下室底板和承台的混凝土配合比掺入粉煤灰与矿渣粉，根据粉煤灰和矿渣不同掺量查找GB50496－2009《大体积混凝土施工规范》标准表B.1.3的k1和k2系数，则不同掺量掺合料水化热调整系数:k=k1+k2－1=0.958+1－1=0.958
胶凝材料水化热总量
Q=kQ0=0.958×301.06=288kJ/kg
混凝土的绝热温升可按下式计算:
，表明该配合比满足JGJ55－2011《普通混凝土配合比设计规程》第7.5.5条在配合比试配和调整时，控制混凝土绝热温升不宜大于50℃。
4 现场大体积混凝土施工和温度监控
本工程地下室在⑥轴至⑦轴间设置后浇带，混凝土浇筑施工时分东区和西区进行浇筑。混凝土底板采用一层塑料膜和一层6mm厚的混凝土养护保湿棉毡覆盖养护；2m厚的承台部位局部采用一层塑料膜和二层6mm厚的混凝土养护保湿棉毡覆蓋养护；4m厚的ZT5－50和ZT5－39大承台局部采用3层分别为6mm厚的混凝土养护保湿棉毡上下再各铺一层塑料薄膜养护，混凝土经二次抹光后覆膜养护，经过1天半的时间养护后再对底板进行浇水养护，该水系抽取地下室降水井的水(水温约20℃左右)，积水井和电梯井被养护水灌满后在其水面上覆盖一层养护用的塑料薄膜并盖上混凝土模板，避免这两个井的内壁受外界环境温度影响导致井壁混凝土开裂，地下室底板混凝土经过12d养护后去除保温层改为浇水养护。
为真实地反映出混凝土浇筑体内最高温升、里表温差、降温速率及环境温度，本工程选取有代表性的西区6/G的ZT5－7a承台(深度2m)和东区ZT5－39承台(该承台4m深，且承台内分别有2.8m深积水井和2m深电梯井)进行混凝土测温，并以测温监测情况来实时调整地下室混凝土保温控制措施。由于西区6/G的ZT5－7a承台形状规整且深度只2m，故本文仅对ZT5－39承台测温布线和测温情况进行介绍，在混凝土浇筑前对ZT5－39承台埋设测温线的布置方式:在ZT5－39承台的积水井和电梯井之间(基本上是该承台的近中心位置)布设1根PVC测杆，另两个PVC测杆分别布置在以第一根PVC测杆为中心的混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线上，测杆沿承台厚度设置5个测点，测点分别为距离混凝土面层和底层各50mm和1000mm位置还有一个是距面层2000mm位置，其中距离混凝土浇筑体面层50mm处的测点所测的温度为表面温度、距离混凝土浇筑体底面50mm处的测点所测温度为底面温度，距离混凝土浇筑体面层2000mm处的测点所测的温度为中间温度。测温杆布设位置。测温线穿入该测杆管内，在该管相应位置开槽把测头引出管外并用塑料胶布固定在外管壁。测杆用铁线绑扎固定在附近钢筋旁而不与钢筋靠在一起以免影响温度监测。在混凝土浇筑后，采用JDC－2型便携式测量记录仪检测混凝土温度每昼夜按不应少于4次的频率进行温度监测，经近30天的混凝土温度监测该承台中心位置测杆的测温线详见(图1)。从图1可知:该承台中心部位最高温度出现在约4.5天时刻最高温度为48.1℃，按照上述的保温措施，大体积混凝土中心温度与表面温度之差均小于25℃，混凝土表面温度与保湿棉毡内温度(或环境温度)之差均小于20℃，混凝土浇筑体的降温速率也小于2.0℃/d。本项目对积水井和电梯井采用的蓄水加塑料薄膜保温措施也保证了混凝土中间温度和表面温度与水温的差均小于25℃(积水井和电梯井的水温变化见图1，该水温系分别在积水井和电梯井水面下1.5m的位置测得)，从而避免了井壁出现裂缝。
图1 ZT5－39承台测温曲线图
4 大体积混凝土浇注体施工阶段温度应力与收缩应力的计算
根据地下室的特点，本工地对ZT5－39大承台进行浇筑体施工阶段温度应力与收缩应力计算，ZT5－39承台形状尺寸为长×宽×高=(9750×9750×4000)mm，承台内有尺寸:长×宽×高=(2550×2200×2000)mm电梯坑井和长×宽×高=(1500×1500×2800)mm积水坑井各1个。该承台底部和面部采用Φ25@100双向布置，该承台配筋率经计算为0.023，水力半径的倒数为40.4%。胶浆量为22.3%。根据上述条件查GB50496-2009《大体积混凝土施工规范》表B.2.1可得:M1=1.0、M2=1.06、M3=1.10、M4=1.09、M5根据龄期的变化选取、M6=0.77、M7=1.2、M8=0.92、M9=1.3、M10=0.92、M11=1.0，计算混凝土收缩的相对变形值为:εy(t)=4.19×10－4×M5×(1－e－0.01t)分别计算出t=4d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时混凝土收缩的相对变形值的当量温度汇总到表2。
混凝土收缩相对变形值的当量温度:Ty(t)=41.9×M5×(1－e－0.01t)分别计算出t=4d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时混凝土收缩的相对变形值汇总到表2。根据粉煤灰和粒化高炉矿渣掺量查GB50496－2009《大体积混凝土施工规范》表B.2.1可得:β1=0.994、β2=1.01，则混凝土的弹性模量:E(t)=3.012×104×(1－e－0.09t)分别计算出t=6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时混凝土收缩的相对变形值汇总到表1。
表1 ZT5－39承台温度应力数据汇总表
地下室在现场施工过程中，承台基础处于散热条件下，考虑上下表面一维散热，应用差分法算得结果，散热影响系数约为0.74，则水化热温升Tmax=0.74×46.2=34.2℃，估算ZT5－39承台基础中心最高温度为15.1+34=49.1℃。经现场测温该承台中心部位最高温度(详见图1)实测值为48.1℃，与估算值仅差1.0℃。由于计算温度应力时一般按3d划分一区段，根据图2实测数据由混凝土浇筑后经过4d开始，按照计算区段步长j=3d。混凝土浇筑体的里表温差可按下式计算:△T1(t)=Tm(t)－Tb(t)其中Tm(t)和Tb(t)分别取龄期为4d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时混凝土浇筑体内实测求得的中部和表层温度，△T1(t)计算值(详见表1)，混凝土浇筑体的综合降温差:△t2(t)=1/6［4Tm(t)+Tbm(t)+Tdm(t)］+Ty(t)－Tw(t)根据图3:ZT5－39承台测温曲线，分别计算出t=4d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d混凝土浇筑体的综合降温差(数值详见表1)，其中混凝土浇筑体预计的稳定温度或最终稳定温度可取该地区年平均温度Tw(t)=20.1℃。根据图1所示:混凝土浇筑体表面温度Tb=26.9℃;混凝土达到最高温度(浇筑后3d－5d)的大气平均温度Tq=18.4℃，混凝土浇筑体内的最高温度(出现在第4天)Tmax=48.1℃，当风速不大于4m/s情况传热系数修正值Kb=1.3，现场采用混凝土浇筑体表面保温层厚度的计算:
ZT5－39大承臺采用在3层分别为6mm厚导热系数取0.04W/(m·K)的混凝土养护保湿棉毡、上下再各铺一层0.0005mm塑料薄膜且保湿养护，多种保温材料组成的保温层总热阻可按下式计算: (m2·K)/W混凝土表面向保温介质放热的总放热系数(不考虑保温层的热容量)，可按式计算: W/m2·K)，保温层相当于混凝土的虚拟厚度，混凝土浇筑体的长度L=9750mm，块体实际厚度与保温层换算混凝土虚拟厚度之和H=4000+1090=5090mm，地下室承台开挖完毕采用水泥空心砖砌筑的砖胎膜基础底部为素混凝土垫层，则Cx取值100×10－2N/mm3，混凝土外约束的约束系
数可按下式计算: 分别计算出t=6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时的混凝土外约束的约束系数(数值详见表1)，在第i计算区段内混凝土浇筑体综合降温差的增量△T2i(t)=△T2(t)－△T2(t－k)混凝土浇筑体的综合降温差外约束拉应力可按分别计算出t=6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d时的混凝土外约束拉应力(数值详见表1)。混凝土强度等级为C30时抗拉强度标准值为2.01N/mm2，混凝土龄期为t时的抗拉强度标准值可按下式计算:ftk(t)=ftk(1－e－γt)=2.01×(1－e－0.3t)，根据掺合料的掺量按表B.7.2－1取值λ1=1.017、λ2=1.06，对混凝土抗拉强度影响系数λ=λ1·λ2，混凝土防裂性能可按下列公式进行判断:
详细数值见(表1)。
从表1的计算数值可知:该数值均大于1.15。表明混凝土抗裂性能满足要求。
5 结束语
实践证明，本工程的地下室底板大体积混凝温度裂缝控制措施是有效的，在底板混凝土浇筑完毕至今未出现有害裂缝，混凝土强度、抗裂性能满足设计要求，其温度控制经验为类似工程的施工有着重要价值。
参考文献
[1] 姜小虎;乐德山.地下室底板大体积混凝土裂缝控制技术[J].山西建筑,2008年18期
[2] 周山.地下室大体积混凝土底板裂缝的质量通病及其防治[J].科技信息,2011年36期