第4章 大體積混凝土施工

第4章大體積混凝土施工主講人：李惠強(qiáng)高層建筑基礎(chǔ)底板、樁基承臺(tái)板、深梁多為大體積的鋼筋混凝土、加之高層建筑基礎(chǔ)底板承受荷載大，結(jié)構(gòu)整體剛度要求高，目前普遍底板不分縫，一次連續(xù)整澆混凝土量很大。如武漢國際貿(mào)易中心大廈52層，主樓承臺(tái)板厚分別為3.1m，3.7m，4.8m，混凝土(C40，S8)總體積達(dá)11000m3，一次性澆筑完畢。上海金茂大廈主樓的基礎(chǔ)承臺(tái)厚4m，一次性澆筑14萬立方米混凝土（C50）。除基礎(chǔ)大體積混凝土外，在上部結(jié)構(gòu)中構(gòu)件體積也越來越大，如廣州中天大廈底層大空間的邊柱跨度45m，轉(zhuǎn)換層采用高7.55m，2.75m的4根鋼筋混凝土大梁，L形角柱邊長為7.55m，寬2.75m，同樣屬于大體積混凝土。大體積鋼筋混凝土溫度場(chǎng)的變化和裂縫的產(chǎn)生和防止自有其內(nèi)在的不同于一般體積混凝土的規(guī)律，在工程施工中應(yīng)予以高度重視。4.1

大體積混凝土裂縫成因

大體積混凝土含義一般是指其體積大到必須采取措施處理水化熱產(chǎn)生的溫差，合理解決溫差變形引起的應(yīng)力，并控制裂縫的產(chǎn)生或限制裂縫開展的現(xiàn)澆混凝土。我國建設(shè)部在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2000）中給予大體積混凝土定義：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸等于或大于1m，或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土。日本建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（JASS）定義：“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計(jì)超過25℃的混凝土稱為大體積混凝土?！泵绹ˋCI）規(guī)定：“任何就地建筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂?！被炷猎谛纬蛇^程中，水泥水化要產(chǎn)生一定的熱量，一般混凝土構(gòu)件因其水泥用量小，構(gòu)件表面積與體積比值較大，其熱量容易傳遞給周圍介質(zhì)，其內(nèi)外溫差也不會(huì)很大，而大體積混凝土因其體積很大，內(nèi)部聚集的大量水化熱無法在短時(shí)間內(nèi)散失，從而使其內(nèi)部溫升幅度極大，體積膨脹，一般水化開始后3-5天左右，混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到最高值。隨后，由于熱量的散失，混凝土內(nèi)外溫度開始緩慢下降，伴隨著體積收縮。由于導(dǎo)熱性差，體積大，大體積混凝土內(nèi)外降溫速度明顯不一，內(nèi)部降溫很慢，外部降溫很快。內(nèi)外收縮程度也隨之不同，外部收縮大于內(nèi)部收縮值。大體積混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生的內(nèi)外收縮不同，使得混凝土內(nèi)部給外部提供了約束，從而產(chǎn)生了外表的約束拉應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)外溫差太大時(shí)，拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，混凝土產(chǎn)生表面裂縫，這種表面裂縫給貫穿裂縫的形成提供了有利條件。根據(jù)大量的測(cè)溫記錄顯示，大體積混凝土的水化熱溫升一般發(fā)生在澆筑后的3-5天之內(nèi)，即澆筑后3-5天左右內(nèi)部達(dá)到最高溫度。此時(shí)混凝土的彈性模量很低，基本上處于塑性或彈塑性狀態(tài)，受到邊界約束時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力很小。而降溫過程緩慢而較長，一般需要30天或更長，此時(shí)彈性模量迅速增高，約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力也隨之增大，且抵消前期壓應(yīng)力后還存在很大的剩余拉應(yīng)力。當(dāng)剩余拉應(yīng)力大過混凝土此時(shí)的抗拉強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)內(nèi)部收縮裂縫，若與外表裂縫連接便會(huì)形成貫穿裂縫。通常大體積混凝土裂縫有表面裂縫、收縮裂縫，收縮裂縫按其成因又可分為凝縮、自生收縮、冷縮、干縮等。4.1.1表面裂縫大體積混凝土、澆筑后水泥的水化熱很大，由于體積大，聚積在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，內(nèi)部溫升很高，這樣形成較大的內(nèi)外溫差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。溫差越大，表面拉應(yīng)力越大，此時(shí)混凝土的齡期尚很短，抗拉強(qiáng)度很低，若溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力超出此時(shí)的的混凝土抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土澆筑后的升溫階段。表面裂縫產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)制，一是內(nèi)部溫度高的部分對(duì)溫度低的部分相當(dāng)于約束，使表面不能自由收縮產(chǎn)生裂縫，另一方面是外冷內(nèi)熱，冷的外殼受到內(nèi)部的脹力，使表層受到拉力，易于開裂。4.1.2收縮裂縫由于混凝土中所含水份的變化，化學(xué)反應(yīng)及溫度降低等因素均會(huì)引起混凝土體積收縮，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)由于地基、鋼筋或相鄰部分的牽制及混凝土內(nèi)部溫度、濕度不一，引起各質(zhì)點(diǎn)變形不同而處于不同的約束狀態(tài)，混凝土因收縮受到約束產(chǎn)生拉力，若超過此時(shí)混凝土抗拉強(qiáng)度，則產(chǎn)生裂縫?；炷两Y(jié)構(gòu)若處于無約束的自由狀態(tài)，則收縮不會(huì)引起裂縫產(chǎn)生。

混凝土收縮變形主要有澆筑初期(終凝前)的凝縮變形，硬化混凝土的干燥收縮變形，自生收縮變形，溫度下降引起的冷縮變形等。

1.凝縮(塑性收縮)

混凝土拌制后一段時(shí)間內(nèi)，水化反應(yīng)較快，分子鏈逐漸形成，出現(xiàn)泌水和體積縮小，稱為凝縮。凝縮一般發(fā)生在拌合后3～12小時(shí)，即在終凝前較明顯。因?yàn)榇藭r(shí)混凝土仍處于塑性狀態(tài)，故又稱為塑性收縮。凝縮的大小約為水泥絕對(duì)體積的1%。

凝縮隨混凝土水灰比的降低而減小，混凝土澆筑溫度高凝縮大，高頻振搗的混凝土凝縮小。

2.自生收縮

混凝土在恒溫絕濕的條件下，由膠凝材料的水化作用造成毛細(xì)孔中水分不飽和而產(chǎn)生壓力差引起的體積變形稱為自生體積變形，當(dāng)為收縮時(shí)稱自生收縮，自生收縮是化學(xué)收縮之一。

普通硅酸鹽水泥、純大壩水泥混凝土的自生體積變形一般是收縮，而礦渣水泥混凝土自生體積變形早期是膨脹。混凝土中摻粉煤灰可以減少自生收縮值。

混凝土的自縮值，一般在(40～100)×10-6范圍。

在幾種水泥礦物中，理論上C3A水化減縮最大(-24.25%)，C3S在水泥中數(shù)量較多，它水化后體積減縮5.26%。水化后生成托勃英來石凝膠引起的收縮占水泥石收縮的2／3。C2S水化緩慢，含量又低，收縮影響很小。石膏、游離CaO，MgO由于能吸受水分，其絕對(duì)體積膨脹，并生成穩(wěn)定的結(jié)晶構(gòu)造，對(duì)補(bǔ)償收縮有良好的作用。但這些游離氧化物及石膏摻量過高將會(huì)導(dǎo)致水泥體積安定性產(chǎn)生問題，因此水泥生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中有嚴(yán)格的限量。

3.溫度降低冷縮

混凝土溫度下降引起混凝土發(fā)生收縮變形簡稱溫度收縮。

對(duì)大體積混凝土，裂縫主要是由溫度變化引起的。

混凝土冷縮與混凝土配比及性能、環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)、施工及養(yǎng)護(hù)條件等都有關(guān)系。

混凝土的線膨脹系數(shù)一般為10×10-6／℃，而水泥漿體為13×10-6／℃，石灰?guī)r骨料混凝土為6～7×10-6／℃，砂巖骨料混凝土為11×10-6／℃。

4.干燥收縮

置于未飽和空氣濕度中的混凝土因水分散失而引起體積的縮小變形稱為干燥收縮。

混凝土干縮量值較大，其值在(200～1000)×10-6范圍。

干縮擴(kuò)散速度比溫度擴(kuò)散要慢100倍。例如對(duì)大體積混凝土干縮擴(kuò)散深度達(dá)到6cm需花一個(gè)月時(shí)間，在這時(shí)間溫度卻可傳播6m深。因此對(duì)大體積混凝土內(nèi)部不存在干縮問題，但其表面干縮是一個(gè)不能忽略的問題。對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)，干縮影響相對(duì)較大。水泥砂漿中含有毛細(xì)孔和大孔，大孔中的自由水先蒸發(fā)，不產(chǎn)生收縮，毛細(xì)管水蒸發(fā)，失水很多，但干縮不大，毛細(xì)管水完全散失后，凝膠體粒子的吸附水開始散失，則干縮較大。

混凝土收縮及抵抗收縮主要措施見表4-1。就表面裂縫與收縮裂縫而言，前者主要發(fā)生在升溫階段，因此要控制混凝土澆筑過程及澆后1～5天左右的溫升與溫差，后者則需要綜合控制使混凝土中溫度收縮應(yīng)力、干縮應(yīng)力等不要超出混凝土當(dāng)時(shí)的抗拉強(qiáng)度，控制的過程也要持續(xù)很長時(shí)間。表4-1

混凝土收縮種類表收縮種類發(fā)生時(shí)間量值抵抗收縮主要措施凝縮混凝土終凝前1%降低水灰比，摻減水劑自縮水化過程終生(40～100)×10-6選擇自縮小的品種水泥，如礦渣水泥，微膨水泥冷縮溫度降低時(shí)10×10-6／℃控制溫度變化，表面保溫養(yǎng)護(hù)干縮濕度變化時(shí)(200～1000)×10-6保濕養(yǎng)護(hù)、薄膜覆蓋、保濕4.2

大體積混凝土溫升計(jì)算與混凝土表面裂縫控制大體積混凝土溫升在四周完全不具備散熱的條件下(絕熱狀態(tài))，溫升曲線如圖4-1中曲線①所示，實(shí)際中周邊不可能處于絕熱狀態(tài)，但大體積混凝土內(nèi)部在澆筑初始1～4天右接近絕熱狀態(tài)，此后溫度逐漸擴(kuò)散冷卻，最終與環(huán)境溫度一致，見圖中曲線②。圖4-1

大體積混凝土內(nèi)部溫度變化過程4.2.1水泥水化熱引起的絕熱溫升計(jì)算表4-2

水泥水化熱量水泥品種水泥標(biāo)號(hào)每公斤水泥水化熱量(KJ／kg)3d7d28d普通硅酸

鹽水泥525#314354375425#250271334325#208229292礦渣硅酸

鹽水泥425#180256334325#146208271

注：本表按平均硬化溫度15°編制，7～10°時(shí)，表中數(shù)值按60%～80%采用。表4-3

水泥水化速度系數(shù)m澆筑溫度(℃)51015202530m(d-1)0.2950.3180.3400.3620.3840.4064.2.2大體積混凝土實(shí)際溫升參考值表4-4

不同澆筑厚度與混凝土絕熱溫升的關(guān)系系數(shù)澆筑厚度(m)1.01.52.03.05.06.0ξ0.360.490.570.680.790.82注：此表為水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所研究資料。

4.2.3混凝土澆筑溫度Tj的估算大體積混凝土內(nèi)部溫升的控制，首先要控制混凝土澆筑入模的溫度?；炷恋臐仓囟萒j與混凝土的拌和物出機(jī)溫度及必須經(jīng)過的運(yùn)輸、平倉、振搗過程溫度上升(或降低)量值有關(guān)。

1.混凝土拌合物的溫度公式混凝土拌合物的溫度根據(jù)拌合物前后總熱量相等的原則有：式中：T0——拌合物溫度（℃）；

mi——各種用料的重量（kg）；

Ti——各種用料的初始溫度（℃）；

Ci——各種用料的比熱(kJ／kg·℃)。4.2.4大體積混凝土表面裂縫控制原則4.3

基礎(chǔ)底板大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力計(jì)算在高層建筑中，基礎(chǔ)混凝土底板大都屬于大體積混凝土范疇，并且通常底板的長邊一般都長達(dá)數(shù)十米，整體一次性澆注?；炷羶?nèi)部絕熱溫升很高，在隨后的降溫過程中，底板將收縮，由于基土對(duì)底板的約束，底板中將產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)溫縮拉應(yīng)力，此溫縮拉應(yīng)力若超過此時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度，則底板內(nèi)將產(chǎn)生裂縫。因此大體積混凝土底板施工應(yīng)核算溫度應(yīng)力是否會(huì)導(dǎo)致底板出現(xiàn)裂縫。若結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力過大，則應(yīng)調(diào)整大體積混凝土施工方案，降低內(nèi)部最大溫升值。圖4-2

溫度應(yīng)力計(jì)算簡圖任意點(diǎn)底板的水平位移，由約束位移和自由位移組成：

U=Uσ+αTx(4-13)式中

U——底板任意點(diǎn)的水平位移；Uσ——底板約束位移；α——混凝土的線膨脹系數(shù)；T——結(jié)構(gòu)計(jì)算溫差(℃)；x——計(jì)算處距離變形不動(dòng)點(diǎn)的距離。α——混凝土的線膨脹系數(shù)(一般取1.0×10-5)；

v——泊桑比，取0.15(單向受力時(shí)不考慮)；

ch——雙曲余弦函數(shù)。溫度應(yīng)力和剪應(yīng)力的分布如圖4-3所示。圖4-3

均勻溫差作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度應(yīng)力(拉應(yīng)力)和剪應(yīng)力的分布如溫度應(yīng)力σxmax(t)的數(shù)值超過當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土結(jié)構(gòu)中部(由于中間應(yīng)力最大)出現(xiàn)第一條裂縫，將結(jié)構(gòu)一分為二(圖4-4)。由于裂縫的出現(xiàn)，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，每塊結(jié)構(gòu)又產(chǎn)生自己的應(yīng)力分布，圖形與上述完全相同，只是最大值由于長度的縮短而減少，如果此時(shí)的溫度應(yīng)力σ′xmax(t)的數(shù)值仍然超過當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，則又會(huì)形成第二批裂縫，將各塊結(jié)構(gòu)再一分為二。裂縫如此繼續(xù)開展下去，直至各塊結(jié)構(gòu)中間的最大溫度應(yīng)力小于或等于當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度為止。在理論上此類裂縫先在結(jié)構(gòu)的中間出現(xiàn)，這是一個(gè)規(guī)律。但由于混凝土是非勻質(zhì)材料，其抗拉強(qiáng)度不均勻，因而有時(shí)不象理論上分布的那樣，裂縫皆是首先出現(xiàn)在中間。圖4-4

在溫度應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)裂縫開展過程為了便于將混凝土降溫產(chǎn)生的溫度應(yīng)力與水泥水化過程中因?yàn)榘韬纤舭l(fā)等原因引起混凝土收縮而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力用同一計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，必須將混凝土各齡期的收縮量轉(zhuǎn)換為收縮當(dāng)量溫差。準(zhǔn)確的計(jì)算混凝土的水泥水化熱降溫溫差有一定的困難。而混凝土的水泥水化熱降溫溫差相似于混凝土的水泥水化熱升溫溫差，因此，可以計(jì)算混凝土澆筑后因水泥水化熱的升溫值來確定水泥水化熱降溫溫差Tm。圖4-5

水泥水化熱引起的溫升分布表4-6各種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)(W／m·K)材料名稱λ材料名稱λ木模鋼模草袋木屑爐渣干砂濕砂粘土紅粘土土磚灰砂磚0.23580.140.170.470.331.311.38~1.470.430.69~0.79甘蔗板瀝青玻璃棉氈瀝青礦棉油氈紙泡沫塑料制品普通混凝土加氣混凝土泡末混凝土水空氣0.050.050.09~0.120.050.03~0.051.51~2.330.160.100.580.03表4-7溫度系數(shù)β1表相對(duì)濕度（%）β1≤40（干燥）60（正常）≥80（潮濕）1.301.000.75表4-8比表面積系數(shù)β2V/Sβ22.02.53.755.010.015.0＞15.0(大體積混凝土)1.21.00.950.900.800.650.40表4-10強(qiáng)度等級(jí)系數(shù)β5表強(qiáng)度等級(jí)β5普通混凝土4030201.151.001.00輕骨料混凝土20~301.00表4-9養(yǎng)護(hù)方法系數(shù)β3表養(yǎng)護(hù)方法β3標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)蒸氣養(yǎng)護(hù)1.000.804.4基礎(chǔ)底板最大整澆長度計(jì)算上述(4-25)、(4-26)、(4-40)等計(jì)算公式，只適用于H／L≤0.2條件下混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力和整澆長度的計(jì)算。因?yàn)樵谶@種情況下我們采用了均勻溫差和均勻收縮的假定。這樣，在工程計(jì)算中的誤差是可以忽略不計(jì)的。但對(duì)于一些厚板、墻體等，其高長比(H／L)遠(yuǎn)大于0.2，這時(shí)其內(nèi)部的應(yīng)力很不均勻，不再符合均勻受力的假定。圖4-6墻體的溫度應(yīng)力分布曲線表4-11m值墻高(H)m值墻高(H)m值H≤0.2LH=0.25LH=0.30L0.001.101.35H=0.35LH≥0.40L1.702.50圖4-7“計(jì)算墻體”的計(jì)算高度(a)實(shí)際墻體；(b)“計(jì)算墻體”4.2.3計(jì)算實(shí)例解：①由題意知H=2.5m，L=90.8m,H／L=2.5／90.8=0.028＜2.0，可選用式(4-26)計(jì)算②各齡期的混凝土彈性模量由式(4-27)：E(t)=E0(1-e-0.09t)由于3d后開始降溫，所以從第3d開始計(jì)算：∴E(3)=0.26×10.5(1-e-0.09×3)=0.0616×10.5Mpa同樣方法求得：E(6)=0.108×105(MPa)E(9)=0.1443×105(MPa)E(12)=0.1716×105(MPa)E(15)=0.1924×105(MPa)E(18)=0.2080×10.5(MPa)同樣方法求得Ty(6-9)=1.45℃;Ty(9-12)=1.3℃;Ty(12-15)=1.17℃;Ty(15-18)=1.06℃;Ty(18-21)=0.92℃;Ty(21-24)=0.92℃;Ty(24-27)=0.82℃;Ty(27-30)=0.76℃⑥結(jié)構(gòu)計(jì)算溫差T(3-6)=T3-6+Ty(3-6)=1.16+1.61=2.77℃C20混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度ft=1.1Mpa∵σmax＜ft所以該混凝土基礎(chǔ)底板不會(huì)由于降溫溫差產(chǎn)生的收縮應(yīng)力而形成裂縫。⑨該基礎(chǔ)底板澆筑三天后，內(nèi)部混凝土的實(shí)際最高溫升按澆筑混凝土厚度2.5m，取ξ=0.625,則T=Th·ξ=24.1，混凝土澆筑溫度為28℃，因此，基礎(chǔ)底板內(nèi)部混凝土的最高溫度為24.1+28=52.1℃。根據(jù)氣候預(yù)報(bào)三天后的自然平均溫度約25℃，而混凝土表面的溫度可在30℃以上。因此，混凝土內(nèi)外最大溫差為52.1-30=22.1℃以下，這表明混凝土整體澆筑后不會(huì)產(chǎn)生表面裂縫。該基礎(chǔ)底板在施工時(shí)為防止開裂，還采取了一系措施：如為減少水泥水化熱而采用水化熱較低的礦渣水泥，并摻加減水劑木質(zhì)素磺酸鈣以減少水泥用量；為提高混凝土的抗拉強(qiáng)度而采用級(jí)配良好的骨料，并限制砂、石中的含泥量；為提高混凝土的極限拉伸，在施工時(shí)精心施工，保證搗實(shí)的質(zhì)量；為防止表面散熱過快，造成過大的內(nèi)外溫差，在基礎(chǔ)表面和側(cè)面皆以兩層草袋覆蓋；為防備氣溫驟降，造成內(nèi)外溫差過大，在基礎(chǔ)上表面準(zhǔn)備有碘鎢燈，以用來加熱；拆模后迅速回填土等。4.5大體積混凝土裂縫控制工程措施為控制裂縫的開展，應(yīng)該從改善設(shè)計(jì)構(gòu)造、約束程度、控制溫升，延緩降溫速率、減小混凝土收縮，提高混凝土極限拉伸等方面采取措施，綜合控制。4.5.1設(shè)計(jì)構(gòu)造措施1.合理布置分布鋼筋，可減輕混凝土收縮程度，限制裂縫開展。一般認(rèn)為，φ8～10＠100左右可限制混凝土表面裂縫寬度在0.05mm以下。3.基礎(chǔ)底板、地梁、底板變高處等部位設(shè)置緩沖層，緩和地基對(duì)基礎(chǔ)收縮時(shí)的側(cè)向壓力，緩沖層3～5cm厚泡沫塑料作垂直隔離，見圖4-8。4.在基礎(chǔ)底板斷面變化或有孔洞處，易受溫度變化收縮產(chǎn)生裂縫，可增配抗裂鋼筋或做成加腋方式，見圖4-9。5.采用混凝土R60或R90替代R28作設(shè)計(jì)強(qiáng)度，水泥可少40～70kg／m3，相當(dāng)于降溫4～7℃效果。基礎(chǔ)底板變高處(b)基礎(chǔ)地梁兩側(cè)隔離圖4-8圖4-9增加抗裂鋼筋示意圖4.5.2原材料措施1.為控制大體積混凝土早期溫升和后期降溫過大，宜選用低熱水泥品種，如礦碴硅酸鹽水泥或粉煤灰水泥，其水化熱低一些，干縮性也小一些。2.盡量選用一些粗骨料，如選用5～40mm骨料比選用5～25mm骨料，每立方米可減少用水量15kg左右，在相同水灰比情況下，水泥可減少20kg左右。用水量減少，收縮和泌水也隨之減小。3.砂子宜采用中粗砂為宜，試驗(yàn)表明，當(dāng)細(xì)度模數(shù)為2.79的中粗砂，比采用細(xì)度模數(shù)2.12的細(xì)砂每立方米混凝土用水量減少20～25kg，水泥用量減少28～35kg，可減少混凝土收縮溫升。4.5.3摻加劑措施1.減水劑。為減少泌水，一般都摻減水劑，或早強(qiáng)減水劑，如普通減水劑木質(zhì)素磺酸鈣(木鈣粉)，是亞硫酸低漿廢液經(jīng)發(fā)酵提取酒精后的酒糟廢液，經(jīng)分離，干燥而成咖啡色粉末，極易溶于水，屬陰離子表面活性劑，對(duì)水泥顆粒具有明顯的分散效應(yīng)，并能使水的表面張力降低而起加氣作用。在泵送混凝土中摻水泥重量0.2～0.3%，可使混凝土和易性明顯降低，同時(shí)可減少10%拌合水。10%左右的水泥，28d強(qiáng)度提高約30%。一般摻外加劑會(huì)增加混凝土收縮量，摻木鈣粉變化不大，基本相同。早強(qiáng)減水劑很多，荊門市外加劑廠JM8減水劑，主要成份是β—萘磺酸鈉早醛縮合物，一般摻量為：0.3%～0.75%(水泥重量)，減水率達(dá)15%～25%，3天混凝土強(qiáng)度提高50%左右，28d提高15～30%，節(jié)約水泥10～20%。此外常用的還有FDN減水劑等。2.粉煤灰外摻料粉煤灰摻入可降低水化熱，但早期強(qiáng)度低泌水性大，還應(yīng)適當(dāng)摻塑化劑。如425#礦渣水泥、摻15%粉煤灰，3天水化熱約降15%左右。3.微膨脹劑。為補(bǔ)償混凝土收縮，可摻膨脹劑，如建材總局研究院的CSA膨脹劑、長科院的大壩水泥膨脹劑。膨脹劑產(chǎn)生自膨脹應(yīng)力，可抵消一定收縮，如UEA高效能膨脹劑，摻8～12%(水泥重)能產(chǎn)生0.2～0.7MPa預(yù)壓應(yīng)力，大致抵消干縮產(chǎn)生的應(yīng)力。4.5.4控制混凝土入模溫度常用低溫水?dāng)嚢?冰屑水、夏季地下井水)以降低混凝土的入模溫度，并對(duì)石子遮陽，避免直曬溫升，同時(shí)澆筑過程中對(duì)混凝土泵水平輸送管用草袋覆蓋、灑水降溫。日本有用液態(tài)氮(沸點(diǎn)-196℃)冷卻，1kg液氮?dú)饣_(dá)到20℃，要吸收222KJ熱量。4.5.5改善混凝土施工工藝1.可分層澆灌，分層厚度一般為80～100cm，便于散熱，分層間隔一般為5～7天，要做好分層施工縫處理。2.合理養(yǎng)護(hù)，混凝土大部分干縮發(fā)生在早齡期，應(yīng)加強(qiáng)早期濕養(yǎng)護(hù)，為表面保溫可用溫水養(yǎng)護(hù)，以提高混凝土表面溫度，縮小與中心混凝土的溫差。3.采用塑料薄膜覆蓋保溫、保濕、養(yǎng)護(hù)，必要付加蓋草袋等。如混凝土初凝后加蓋薄膜，草袋(二膜二袋，三膜三袋，視需要定)。4.5.6混凝土內(nèi)部降溫措施在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通入冷卻循環(huán)水，以降低混凝土內(nèi)部的溫度。冷卻水管大多采用直徑25mm或50mm的鋼管，按照中心距1.5～3.0m上下層交錯(cuò)排列，上、下層水管的間距一般1.5～3m，并通過立管相連接。通水流速不宜太快、流量控制在20L／min左右，參照實(shí)際測(cè)溫結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整流量，以控制內(nèi)部降溫。4.5.7后澆帶的設(shè)計(jì)與施工當(dāng)結(jié)構(gòu)長度超過允許的最大整澆長度或平面形狀差異較大時(shí)，可考慮設(shè)置“后澆縫”，它是只在施工期間保留的臨時(shí)性混凝土收縮變形縫(也可與施工結(jié)構(gòu)沉降縫結(jié)合在一起)，保留一定時(shí)間后，再進(jìn)行填充封閉，后澆成連續(xù)整體的無伸縮縫結(jié)構(gòu)。其目的是取消結(jié)構(gòu)中的永久性伸縮縫，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就要根據(jù)混凝土的收縮應(yīng)力確定是否設(shè)置。(a)基礎(chǔ)底部后澆帶(b)樓面后澆帶圖4-10混凝土后澆帶示意圖除后澆帶外，日本清水建筑公司曾研制成功在大體積混凝土表面設(shè)置應(yīng)力緩和溝的辦法，并已成功在工程中應(yīng)用。這種方法是混凝土建筑物表面每隔一定距離，按其厚度的20%左右，設(shè)置一應(yīng)力緩和溝(有放射狀、圓周狀、格子狀、組合狀等)，見圖4-11。此應(yīng)力緩和溝可將混凝土表面的拉應(yīng)力抵消20～50%。該法不需特殊設(shè)備，只需在混凝土澆灌前安裝應(yīng)力緩和溝的模板即可。圖4-11應(yīng)力緩和溝設(shè)置方法4.5.8大體積混凝土施工期溫度監(jiān)測(cè)大體積混凝土水化熱溫升和隨后的降溫過程受多方面因素的影響，僅從理論上估算是不夠的，必須加強(qiáng)實(shí)施過程中的溫度監(jiān)測(cè)，掌握實(shí)際溫度場(chǎng)的變化和分布，一旦溫差過大時(shí)可以及時(shí)采取應(yīng)急措施，確保大體積混凝土施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)溫度裂縫。測(cè)定混凝土內(nèi)部溫度工程上主要是采用接觸式溫度計(jì)，如熱電偶溫度計(jì)，電阻溫度計(jì)和玻璃溫度計(jì)等，其中又以采用熱電偶溫度計(jì)為多。大體積混凝土測(cè)溫是運(yùn)用溫度傳感器在不同溫度下產(chǎn)生一一對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的原理，在混凝土內(nèi)埋設(shè)熱電偶傳感器，通過補(bǔ)償導(dǎo)線將電信號(hào)傳遞到采集儀，采集儀在微機(jī)的指令下將已獲得的電信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸入微機(jī)，由微機(jī)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波及信息處理，從而獲得測(cè)點(diǎn)的溫度。溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置力求代表性地反映混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)和應(yīng)力的變化情況，以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取施救措施。同時(shí)要考慮大體積混凝土的施工方案，一般是沿混凝土澆筑方向的軸線埋設(shè)多組測(cè)溫點(diǎn)，以反映澆筑全過程的情況，每組埋設(shè)上、中、下三個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)出該位置混凝土上表面、中心、下表面的溫度變化情況及各時(shí)段的溫差。4.6大體積混凝土工程施工實(shí)例4.6.1湖北高?？萍即髲B基礎(chǔ)底板工程施工1工程概況湖北高?？萍即髲B位于武漢市武珞路，工程建筑面積34045m2，地上26層、地下2層，建筑物總高度96.6m，占地面積3700m2。其基礎(chǔ)形式為天然地基上的筏板基礎(chǔ)，平面尺寸為42m×38.4m，底板厚2.8m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40/P8，總方量為4530m3，屬大體積高標(biāo)號(hào)混凝土。本工程所處地段場(chǎng)地土類別為I類，場(chǎng)內(nèi)無液化土層。根據(jù)中南勘察設(shè)計(jì)院工程地質(zhì)勘察報(bào)告及華中科技大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)要求，基礎(chǔ)持力層為泥質(zhì)巖中風(fēng)化層和泥質(zhì)巖夾頁巖強(qiáng)風(fēng)化巖，持力層地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)須為fK=1500Kpa（泥質(zhì)巖中風(fēng)化層）和fK=780Kpa（泥質(zhì)巖夾頁巖強(qiáng)風(fēng)化）。基礎(chǔ)埋深除滿足基礎(chǔ)施工圖中大樣要求外，尚應(yīng)根據(jù)持力層實(shí)際標(biāo)高，確保基底埋置于持力層內(nèi)深度不少于300mm?；A(chǔ)底板共設(shè)置八層雙向鋼筋網(wǎng)，分別為上下各兩層，中間四層。鋼筋為Φ25-Φ32間距125-200不等。各層鋼筋網(wǎng)采用1m×1m間距的Φ25-Φ28鋼筋井字型支撐。整個(gè)筏板基礎(chǔ)含鋼量較大，特別是八層鋼筋網(wǎng)對(duì)混凝土的抗裂性能大大提高。2施工概況該工程混凝土體積大、標(biāo)號(hào)高。施工前根據(jù)各項(xiàng)預(yù)測(cè)條件，對(duì)大體積混凝土進(jìn)行了模擬驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果：混凝土入模溫度為27.5℃，最高溫升Tmax=74℃，混凝土中心最高溫度為76℃。要使混凝土內(nèi)外溫差保持在25℃以內(nèi)，即保持混凝土表面51℃的高溫，澆筑時(shí)間為六月初，環(huán)境溫度15-25℃，通過計(jì)算保溫養(yǎng)護(hù)材料必須要五層草袋及一層塑料薄膜。為了降低混凝土內(nèi)部的總溫升，減少結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差，同時(shí)防止意外情況發(fā)生，施工前對(duì)混凝土配比進(jìn)行了大量試配和優(yōu)化工作，選用水化熱較低的礦渣水泥，又加入一定量的粉煤灰和微膨脹劑。優(yōu)化前后的配合比如表4－12。

表4－12配合比對(duì)比表原料水水泥砂石粉煤灰外加劑優(yōu)化前規(guī)格自來水礦渣525#中粗碎石5-31.5減水劑WG-1Kg/m319550372910934.0優(yōu)化后規(guī)格自來水礦渣525#中粗碎石5-31.5武鋼產(chǎn)Ⅱ級(jí)安徽廬江UEAFDN-5R減水劑Kg/m3185390712106860509.5底板混凝土于2000年6月4日晚-7日凌晨一次性澆筑成型。施工進(jìn)度和施工期間的環(huán)境氣象資料見表4－13。

表4－13混凝土澆筑情況一覽表時(shí)間氣溫氣候澆筑量（m3）2000.6.315-22℃上午大雨2000.6.415-22℃陰到多云12002000.6.515-22℃陰14002000.6.615-22℃晴轉(zhuǎn)陰16002000.6.715-25℃晴2003混凝土溫度監(jiān)測(cè)及溫度分析本工程施工過程中，由中建三局建筑科研院對(duì)底板混凝土進(jìn)行了溫度監(jiān)測(cè)。測(cè)溫工作從2000年6月3日開始，6月15日結(jié)束，歷時(shí)12天，284小時(shí)。其中，第五組與第六組因?yàn)槭┕ぴ?，測(cè)溫導(dǎo)線被打斷，分別只測(cè)得91小時(shí)和154小時(shí)的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。由于測(cè)溫系統(tǒng)的正常運(yùn)行，本次溫控工作進(jìn)行得較順利，對(duì)工程施工的裂縫控制起到了有效的指導(dǎo)作用。測(cè)溫從澆筑后10小時(shí)開始，每4小時(shí)測(cè)試一次。根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分析，混凝土內(nèi)部溫度表現(xiàn)以下特點(diǎn)。升溫階段：由于水泥水化產(chǎn)生熱量，測(cè)點(diǎn)溫度從混凝土澆灌入模起即開始上升，36-119小時(shí)后各點(diǎn)溫度出現(xiàn)峰值。從數(shù)據(jù)上看，溫度最高值出現(xiàn)在第一組，中心溫度80℃，其余各點(diǎn)峰值均低于76℃。恒溫階段：混凝土溫度在最高值持續(xù)2-3天，溫度基本恒定不變，在曲線圖上表現(xiàn)為明顯的溫度平臺(tái)。降溫階段：3天后，各組測(cè)點(diǎn)的溫度即開始下降，降溫速率2-3℃/天，呈緩慢平穩(wěn)降溫趨勢(shì)?？傮w來說，混凝土溫度變化符合常規(guī)的拋物線，至測(cè)溫工作結(jié)束，整個(gè)混凝土表面未出現(xiàn)裂縫。從測(cè)溫結(jié)果基本與驗(yàn)算結(jié)果相同上可以看出：混凝土內(nèi)部的實(shí)際溫升基本符合大體積混凝土的計(jì)算理論。由于混凝土內(nèi)部最高值達(dá)76℃-80℃，要使內(nèi)部溫差控制在25℃以內(nèi)，其表面溫度必須達(dá)到51℃-55℃。而其時(shí)環(huán)境平均溫度為20℃，所以混凝土表面與環(huán)境溫差在31℃-35℃。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)采取了大量的保溫養(yǎng)護(hù)措施，包括兩層薄膜和五層草袋、麻袋，養(yǎng)護(hù)期為14天，花費(fèi)了大量的人力和物力。但是，從測(cè)溫結(jié)果來看，混凝土內(nèi)外溫差都超過了25℃，介于25℃-30℃之間，個(gè)別已超過30℃。這充分說明混凝土表面溫度與環(huán)境溫度要保持在30℃是相當(dāng)困難的。4控制裂縫產(chǎn)生的措施為使底板混凝土不致因溫度應(yīng)力產(chǎn)生表面和貫穿性裂縫，施工除對(duì)配合比進(jìn)行優(yōu)化和采取保溫保濕養(yǎng)護(hù)外，還采取了一系列的技術(shù)措施。（1）改善外部約束條件本工程持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)巖，底板混凝土落于素混凝土墊層上，邊界的約束較大，容易產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。為了解決這一問題，施工時(shí)采取在混凝土墊層及基礎(chǔ)四周的磚胎模上涂刷20mm厚瀝青砂隔離層的方法來改善外部約束條件，降低約束應(yīng)力。（2）注意澆搗質(zhì)量底板澆筑沿38.4m邊設(shè)置三臺(tái)混凝土輸送泵，劃分三個(gè)澆筑帶，采取“一次澆筑，一個(gè)坡度，薄層覆蓋，一次到頂，順序漸進(jìn)”的施工方法，齊頭并進(jìn)不間斷地一次將混凝土澆筑完畢，避免了施工冷縫產(chǎn)生。澆灌前預(yù)設(shè)集水坑，及時(shí)排除大流動(dòng)性混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的泌水，有效地防止了混凝土因含水量過大和浮漿過多而發(fā)生干裂的可能。嚴(yán)格控制振搗質(zhì)量。采