1、地下室底板大体积混凝土温度裂缝的控制摘要: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
2、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(1
3、4030)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 GB504962009大体积混凝土施工规范标准:水
4、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 GB504962009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+k21=0.958+11=0.958 胶凝材料水化热总量 Q=kQ0=0.958301.06=288kJ/kg 混凝土的绝热温升可按下式计算: ，表明该配合比满足 JGJ552011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 本工程地下室在轴至轴间设置后浇带，混凝土浇筑施工时分东区和西区
5、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盖养护；4m 厚的 ZT550 和 ZT539 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
6、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 ZT57a 承台(深度 2m)和东区 ZT539 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 ZT57a 承台形状规整且深度只 2m，故本文仅对 ZT539 承台测温布线和测温情况进行介绍，在混凝土浇筑前对 ZT539 承台埋设测温线的布置方式:在 ZT539 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
7、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 JD
8、C2 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
9、置测得)，从而避免了井壁出现裂缝。 图 1 ZT539 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 ZT539 大承台进行浇筑体施工阶段温度应力与收缩应力计算，ZT539 承台形状尺寸为长宽高=(975097504000)mm，承台内有尺寸:长宽高=(255022002000)mm 电梯坑井和长宽高=(150015002800)mm积水坑井各 1 个。该承台底部和面部采用 25100 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
10、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:y(t)=4.19104M5(1e0.01t)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)=41.9M5(1e0.01t)分别计算出 t=4d、6d、9d、12d、15d、18d、21d、24d、27d、30d 时混凝土收缩的相
11、对变形值汇总到表 2。根据粉煤灰和粒化高炉矿渣掺量查GB504962009大体积混凝土施工规范表 B.2.1 可得:1=0.994、2=1.01，则混凝土的弹性模量:E(t)=3.012104(1e0.09t)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 ZT539 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=0.7446.2=34.2，估算 ZT539 承台基础中心最高温度为15.1+34
12、=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)=1/64Tm(t)+Tbm(t)+Tdm(t)+Ty(t)Tw(t)根据图 3:
13、ZT539 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 3d5d)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: ZT539 大承台采用在 3 层分别为 6mm 厚导热系数取
14、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 100102N/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、2
15、1d、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(tk)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(1et)=2.01(1e0.3t)，根据掺合料的掺量按表 B.7.21 取值 1=1.017、2=1.06，对混凝土抗拉强度影响系数=1?2，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
