高层建筑基础底板大体积混凝土温控监测研究

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摘要:由于大体积混凝土施工中不易散热，内外温差过大，因此容易引起温度裂缝，为此，须加强大体积混凝土施工温度控制与监测，采取必要的保温养护措施。本文结合高层建筑基础底板大体积混凝土施工实例，着重阐述了大体积混凝土的温度监控，并采取了相应的保温保湿养护措施，有效避免和控制了温度裂缝的出现，可供参考。

关键词:基础底板；大体积混凝土；温度监控；保温；养护

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

随着高层建筑不断涌现，大体积混凝土的施工也日益增加，尤其是在高层建筑基础底板的设计当中，底板混凝土已经变的是越来越厚，而且深度是越来越大。大体积混凝土施工的主要技术难点是防止混凝土温度裂缝的产生。这是因为大体积混凝土施工过程中会因水化热聚集在混凝土内部不易散发，使混凝土内外温差较大。内表温差、升降温变化会导致混凝土产生不均匀温度变形和温度应力，进而混凝土会出现裂缝，因此，在大体积施工中，如何控制混凝土施工温度并及时采取相应的保温保湿养护措施是保证工程质量的首要问题。

1 工程概况

某高层建筑工程总建筑面积82163m2，地下1层为人防地下室，地上30层，包括A、B区两栋30层主楼(办公楼)和C区五层商业(含设备层)，建筑总高度为95.55m，结构形式主楼为框架剪力墙结构，裙房为框架结构，基础形式为桩筏基础。

本工程基础底板南北向最大跨度为96.43m，东西向最大跨度为128.85m。基础底板包括主楼底板和裙房底板，底板板面标高为-5.500m。主楼底板厚1600mm，设计混凝土强度为C40，抗渗等级为P6。裙房底板厚600mm，设计混凝土强度为C35，抗渗等级为P6。整个混凝土底板面积为8619m2，混凝土浇筑总量约8935m3，最大连续性一次浇筑量为主楼底板4316m3，属大体积混凝土。

2 原材料选择与配合比设计

2.1 原材料

选用水化热较低的P・O42.5级普通硅酸盐水泥，氯离子含量0.016%，比表面积355m2/kg，初凝时间195min，终凝时间244min；细骨料选用Ⅱ区中砂，细度模数为2.6；粗骨料选用粒径5～20mm连续粒级碎石，压碎值7.2%，含泥量0.4%；Ⅰ级粉煤灰，需水量比91%；S95级矿渣粉，28d活性指数98%；JM-PCA聚羧酸系超塑化剂，掺量为胶凝材料用量的1.2%。

2.2 混凝土配合比

为确保基础底板混凝土浇筑时不出现冷缝，降低混凝土内部水化热，延缓水化热峰值，要求预拌混凝土初凝时间不少于14h，终凝时间为16～18h。配合比设计时采用混凝土60d龄期强度，尽量减少单方混凝土水泥用量和用水量，增加拌和物的凝结时间，改善工作性能和可靠性。经过试配调整，最终确定混凝土配合比如表1所示。

表1 基础底板混凝土配合比kg/m3

2.3 混凝土的技术指标

所用预拌商品混凝土严格按规定配合比投料，尤其超塑化剂掺量，要求计量装置准确，开盘前检验校正，使用中进行校核。试验所得混凝土拌合物的坍落度、抗压强度与抗渗性等均符合工程要求，各项技术指标见表2。

表2 基础底板混凝土的实测技术指标

3 基础底板混凝土温度监控与蓄热养护

3.1 混凝土保温层验算

浇筑施工时的日平均气温Ta=25℃，预计混凝土入模浇筑温度T0=29℃。按照搅拌站提供的配合比，单方胶凝材料总用量W=400kg/m3，折算水化热总量Q=315kJ/kg，取水泥的比热容C=0.96kJ/kg・K，混凝土密度ρ=2400kg/m3。由经验公式计算，混凝土的绝热温升Th=WQ/Cρ=54.7℃，故主楼底板混凝土中部温度TI=T0+0.6Th=61.8℃。

按照大体积混凝土温度控制指标要求，应使得混凝土里表温差Tmax=TI-Tb≤25℃，即混凝土的表层温度Tb≥TI-Tmax=36.8℃。

混凝土浇筑后采用塑料薄膜覆盖保湿，用草包或麻袋(导热系数λ1=0.14W/m・K)保温蓄热。取混凝土的导热系数λ0=2.3W/m・K，导热系数修正值k=1.5。本工程底板厚度H=1.6m，采用草包或麻袋保温时，保温层厚度为：

δ=k・0.5Hλ1(Tb-Ta)/λ0(Tmax-Tb)=1.5×0.5×1.6×0.14×(36.8-25)/2.3×(61.8-36.8)=0.034m

经核算，本工程混凝土底板应用六层草包或麻袋作为保温蓄热材料。

3.2 温度监控与蓄热养护

3.2.1 温度监控方案

监测仪器采用便携式建筑电子测温仪，配套预埋式测温线、传感器和测温探头传感器。监测点布置以真实反映出混凝土里外温差、降温速度及环境温度为原则，选择混凝土浇筑块体的对称轴线的半条轴线为测温区，共设置温度监测点位7处。沿混凝土浇筑块体厚度方向，每一点位设置表层、中部和底层3个测点，温度传感器点位布置方案见图1。混凝土浇筑块体的表层温度，以混凝土外表以内50mm处(A点)的温度为准。

图1 基础底板温度监测点布置图

根据规程要求，制定的温控指标为：①混凝土里表温差为≤25℃；②混凝土降温速度≤2.0℃/d，③混凝土表层与环境温差≤20℃。现场温度跟踪监测从混凝土浇筑后开始，直至大体积混凝土内外温度变化平缓，保温保湿养护层拆除对混凝土表层温度影响不太大时停止。监测开始时每隔2h巡回监测一次，3d后每隔4h监测一次。

3.2.2 温度监控结果分析与蓄热养护

每天测温后及时记录温度升降情况和温度变化趋势，着重报告混凝土中部和表层温度之间的最高温差和降温速度。为降低混凝土的浇筑温度，拌合水采用温度较低的地下水，浇筑安排在早上10点前以避开最高气温。经现场检测，本工程底板混凝土入模温度为29.0℃。

主楼底板混凝土代表性测温点(3号点位)每日峰值温度随时间变化曲线见图2。由图可见，混凝土浇筑后的两天内升温速度最快，浇筑3d后开始降温，且降温速率明显低于升温速率，底板中部平均降温速率为2.4℃/d。底板中部温度最高，最高温度为64.6℃，现场检测值和理论计算值基本吻合，说明温度监测结果是可靠的。混凝土表层热量容易散失，其温度较中部和底层都低，表层最高温度为43.9℃。混凝土表层与环境温差最大为17.7℃。

图2 主楼底板3号测温点温度变化曲线

该测温点里表温差随浇筑时间的变化情况见图3。由图可见，混凝土底板的里表最大温差出现在浇筑后的2d，达20.7℃，随后里表温差有降低的趋势，表明本工程所选混凝土原材料和配合比设计是合理有效的。混凝土浇筑后第六天，当地气温出现骤降10℃的情况，混凝土表层温度下降较快，为防止混凝土表层温度下降过快而导致里表温差过大，采取了增加覆盖麻袋厚度的蓄热保温措施。经事后观察，混凝土表面未发现有害裂缝。

图3 主楼底板3号测温点里表温差

4 基础底板混凝土保温保湿养护

对大体积混凝土施工，在尽量减少混凝土内部温升的前提下，养护是一项关键工作。养护主要是保持适宜的温度和湿度。保温养护的作用是减少混凝土表层的热损失，提高混凝土表层温度，降低内外温差，减少表面裂缝的出现，防止产生贯穿裂缝。此外，混凝土在保温和保湿条件下，可保证水泥水化作用的顺利进行，提高其抗压强度。本工程在混凝土浇筑前，根据商品混凝土供应方提供的配合比，在控温方案中进行了保温层厚度的验算，要求覆盖塑料薄膜加麻袋或草包保温保湿养护。要求遮盖严密，互相搭接好，使混凝土表面不外露，电梯及集水井周围加盖一层毛毯或草包。

因该基础底板属于大体积混凝土，在混凝土浇筑完毕的升温阶段，混凝土内部由于水化热放热，内部温度较高，而养护期间夜间的环境温度相对较低，内外温差较大。另外，在混凝土降温阶段，其表层温度较内部温度要低。因此，需要对其进行保温养护(主要材料是麻袋)，以确保混凝土内外温差不致过大，以降低温度裂缝的出现概率。同时，为避免混凝土表层不致因为水分散失而引起干缩裂缝，在保温养护的同时，也进行保湿养护(主要材料是塑料薄膜)。由于2～4d后混凝土已开始降温并持续下去，混凝土养护时间至少为14d，当混凝土中部与表层温差≤25℃，表层与环境温差≤20℃，降温速率≤2℃/d时，可拆除模板和保温层，结束养护工作。

5 结束语

实践证明，本工程的基础底板大体积混凝土温度监控工作是有效的，所采取的一系列措施对控制温度裂缝起到了明显作用，在底板混凝土浇筑完毕至今未出现有害裂缝，混凝土强度也完全符合设计要求。因此，本工程的经验值得类似工程参考借鉴。

参考文献

[1] 王白林.大体积混凝土基础底板施工裂缝控制技术[J].陕西建筑,2012年第05期

[2] 付金波.高层建筑基础底板大体积混凝土温度控制[J].中国高新技术企业,2010年34期