大体积混凝土底板冬季施工控制

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【摘要】大体积混凝土是工程施工中重点，也是施工控制的难点，如何控制好大体积混凝土施工的质量关系到整个工程质量施工的好坏。冬季大体积混凝土施工在工程实践中经常遇到，混凝土的防冻与防裂措施，有着统一的一面，又有矛盾的一面，本文叙述的就是通过热工计算制定详细的施工方案，合理组织施工，既解决防冻、又解决防裂问题，保证工程质量。

【关键词】大体积砼冬季施工混凝土养护 裂缝控制

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：

工程概况：

天津卓越大厦工程结构采用框支剪力墙结构，抗震设防裂度为7度。地上50层，地下三层，总建筑面积约153000m2。工程±0.00相当于大沽标高2.95m，基础底标高为-15.00m。基槽内最深坑底标高-20.55m，底板厚1.6m，局部1m。平面尺寸为105m×110m。混凝土方量近10000m3。属深基础大体积砼施工。底板砼强度等级C40，抗渗等级S8。

由于工程工期紧张，底板砼要求在严冬季节施工，给施工带来极大的不便，为保证工期，且保证施工质量，项目部技术人员施工前进行周密的热工理论计算。制定详细的施工方案，施工中提供强有力的技术、物质保障，细致的温控监测，全体同志协同配合、精心组织，以连续作业，完成了浇筑任务。并且有效地控制了基础底板温度裂缝的产生。

二、技术难点及解决办法：

冬季大体砼施工中，砼的防冻、防裂是保证工程质量的两个主要方面。砼的防冻与防裂措施，有着统一的一面，又有矛盾的一面。因此需要正确处理两者的关系，对于某些单纯对防冻有利（如掺早强剂和高温养护）而对防裂无利的措施，不予采用。防冻措施中必须要考虑防裂，因而防裂即成为主要矛盾。冬季施工砼防冻的主要措施是掺加防冻剂，用热水搅拌，热水可加速水化反应，使砼早期强度增长快。但热同时会导致砼裂缝的产生，破坏砼的微观结构。大体积砼极力要减少的就是砼的热量产生。降低砼基础温度，延缓水化热峰值的出现，对于控制大体积砼裂缝都十分重要，所以我们决定施工中不掺加防冻剂，不使用热水，通过合理组织施工，采用蓄热“自我养护”的方法，解决砼防冻又防裂的问题。

热工计算

绝热状态下砼的内部温度

Tr(τ)=T(j)+T(τ)

T (τ)=Wа(1-e-mτ)/cρ

Tr(τ)--在绝热状态下砼的内部温度

Tj--砼的浇筑温度

T(τ)--在τ龄期时砼的绝热温升(℃)

W--每立方米砼中水泥的用量(Kg/m3)

Q--每公斤水泥放热量（Kj/Kg）

C-砼的比热0.97(Kj/Kg.K)

ρ--砼的容重2400Kg/m3

m--结构表面系数(m=A/V=砼结构表面积/砼结构体积)

τ--龄期(天)

e--常数取2.72

水泥水化热引起的绝热温升,与砼单位体积中水泥用量和水泥品种有关,并随砼的龄期按指数关系增长.一般在10-12天接近最终绝热温升。但由于结构物有一个自然散热条件，实际上砼内部的最高温度多数发生在浇筑后的最初3～5天。由于本工程所用外加剂有较好的缓凝效果，在计算中取τ=4天。砼浇筑温度取Tj=18℃。每立方米砼中水泥用量W=313Kg/m3，每公斤水泥释放热量Q=461Kj/Kg。砼比热C=0.92Kj/Kg.k

砼容重ρ=2400Kg/m3结构表面系数m=4500/9500=0.473

T(τ)=330×461×（1-2.71-0.473×4）/0.97×2400=56.1℃

砼内部中心实际温度可按经验公式：Tmax=Tj+T(τ)ξ计算可得

其中ξ根据水利、水电科学研究院结构新的资料可取为ξ=0.57

Tmax=18+56.1×0.57=49.9℃

砼结构表面计算温度

Tb（τ）=Tq+4 h,(H-h,)δT(τ)/H2

Tb（τ）--龄期为τ时，混凝土表面温度（℃）

Tq--龄期为τ时，大气的平均温度（℃）为-3℃

H--砼的计算厚度H=h+2h,

h--砼的实际厚度

h,--砼的虚厚度，其中h,=Kλ/β

δT(τ)--龄期为τ时，砼中心与外界气温之差（℃）

K--计算折减系数，根据相关资料可取0.666

λ--砼的导热系数，可取2.3W/mk

β--砼模板及保温层的传热系数（W/m2K）

β=1/(Σδi/λi+1/βq)

δi--各种保温材料的厚度

λi--各种保温材料的导热系数

βq--空气的传热系数为231（W/m2K）

本工程采用塑料薄膜覆盖后加草帘保温，可取λ=0.14δi=0.04m

β=1/(0.04/0.14+1/23)=3.04

h,=Kλ/β=0.666×2.3/3.04=0.504

H=h+2 h,=2+2×0.504=3

Tb（τ）=-3+4×0.504×(3-0.504) ×(48.3+3)/32=25.7℃

砼内外温差计算值为49.9-25.7=24.2℃〈25℃

3.计算保温材料所需厚度

δi=0.5hλi（Tb-Tq）K/λ（Tmax-Tb）

δi--保温材料所需的厚度（m）

λi--保温材料导热系数（W/mk）

λ--砼导热系数（W/mk）

Tmax--砼中心最高温度（℃）

Tb--砼表面温度（℃）

Tq--砼浇筑后3-5天空气平均温度（℃）

K--传热系数的修区值。可取K=1.3

0.5--中心温度向边界散热的距离，取结构厚度的一半。

δi =0.5×2×0.14（25.7+3）×1.3/2.3×（48.3-25.7）=0.1m

四.施工组织工作

配合比及原材料选择

为降低水泥用量减小水化热对砼的温度影响，选用普通水泥525R；掺合料采用电厂的磨细煤灰；中、粗砂，含泥量控制在2%以内，5-40mm碎石。含泥量控制在1%以内。掺加新技术开发公司生产的砼防水剂，要求砂石骨料中不得含有冻块，且级配良好。

C40S8抗渗砼配合比表1

2、砼搅拌、运输

砼由商品砼公司搅拌站集中搅拌，采用电脑控制上料，自动测定骨料含水率，适时调整加水量，严格控制水灰比，保证配合比准确、统一。采用相同品种标号的水泥，相同品种的外加剂，同产地，同等级粉煤灰；同产地，同规格骨料。考虑到大体积砼施工，水泥产生的水化热足够保证砼不受冻，骨料不必加热，搅拌水因地下水。不必使用热水，将砼入模温度控制在10℃-20℃之间。

砼浇筑、振捣

3.1配备两台地泵、一台汽车泵。30多辆砼罐车参与砼供应，加快浇筑速度，缩短浇捣时间。

3.2采用斜面分层，循序推进，砼从一端向另一端，以同一坡度一次到顶向前连续浇筑。在坡顶，坡脚设工排插入式振动棒。以保证底板整个高度内砼密实。每层厚度控制在500mm以下。上、下层振捣搭接50-100mm。每点振捣时间30s左右，避免回振。

3.3砼罐车到达现场入泵前，测试坍落度，要求坍落度控制在16±2cm之内，确保砼具有良好的流动性。将坍落度测量结果做好详细的记录。发现异常及时通过现场指挥工长与搅拌站联系，随时调整。

抹面、养护、测温

4.1砼初凝前，用刮尺赶平.用木抹子第一次抹面。

4.2砼初凝后到终凝前用铁抹子碾压表面数遍，将砼表面不均匀、不规则的裂缝闭合。

4.3最后用木抹子加强二次抹面，闭合收水裂缝，随后立即在砼的表面覆盖塑料薄膜，使砼内蒸发的游离水积在砼表面进行保温养护，薄膜上再盖一层草帘被。

4.4测温点布置间距按每4米一个点埋管，埋置深度为板表面（0.10m），底板中心（1.0m）间隔布置。

4.5专门安排实验员对底板温度进行测量，砼浇筑10h后，即陆续开始测温工作，测温持续28d。其中第1天～第3天，每2小时1次；第4天～第8天，每4小时1次；第9天～第15天，每6小时1次；第16天～第20天，每12小时1次；第21天～第28天，每24小时1次。同时测量大气环境温度，并及时做好记录，发现底板中心与表面温差接近25℃，及时汇报，采取技术保温措施。

测温结果、收集、整理、分析

根据原始记录，每天整理成日报表，找出不同深度处的最高温度与最低温度，绘制出最高温度和最低温度曲线。从测温结果中可以得出如下结论，本工程底板砼浇筑后中心最高温度在第3-4天发生，最高温度为49.8℃，底板表面温度为29.3℃，中心与表面温升曲线基本同步。在前十天，温差始终保持在20℃左右，低于25℃，说明砼保温措施较得力，温差控制得较好，避免表面裂缝的产生。

施工总结

大体积混凝土施工必须做好事前准备、事中控制和浇筑后的养护和测温等各项工作。冬季大体积砼施工，防冻与防裂这对矛盾的对立体中，防裂是主要矛盾，施工前进行必要的热工估计。施工中精心组织砼浇筑、温控、保温完全能有效地控制大体积砼裂缝的产生。利用大体积砼自身产生的水化热，对砼实行蓄热、自身养护法。实践证明，既能保证砼不裂，又能节约大笔冬施费用，取得较好的经济效益。

[参考文献]1、《工程结构裂缝控制》（王铁梦 著 中国建筑工业出版社）

2、《建筑施工手册》（第三版 中国建筑工业出版社）

3、《冬季施工规范》（中国建筑工业出版社）