對混凝土基礎與施工技術的探討

王紅莉

江西建工第四建筑有限責任公司

摘要：本文將根據某市電信大廈為例展開討論，首先，從施工中大體積混凝土常常出現與產生的裂縫，以至影響到整個結構的整體性和耐久性；其次，在運轉過程中，溫度變化對結構的應力狀態具有不容忽視的影響。從混凝土易產生的裂縫原因，基礎質量的技術措施溫度控制等方面來闡述，和降低混凝土約束力及保證混凝土的質量等作出了相關的闡述與說明，并保證了大體積混凝土的順利與正常施工。

關鍵詞：混凝土；基礎質量；溫度控制

1 引 言

在我國的高層建筑、水壩、橋梁、電站等大型設備的基礎，常稱作大體積混凝土，但其概念目前尚未統一說法，根據美國混凝土協會 ACI的定義是：任何就地澆灌的大體積混凝土，其尺寸之大，必須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。國內有學者認為結構系數M<2即為大體積混凝土。工程實踐中，一般采取控制混凝土施工中的溫度（混凝土內外最大溫差不超過25℃）和降低混凝土的約束力來保證大體積混凝土的質量。

2 混凝土易產生裂縫的原因

2.1 收縮變形作用

溫度、收縮、不均勻沉降等變形作用都可能會引起大體積混凝土開裂，混凝土在硬化早期，因其體積厚大、導熱不良、內部大量水化熱不易散去，內外有較大的溫差，引起溫度應力，應力一旦超過混凝土的抗拉強度，裂縫自然產生。

2.2 約束作用

不收約束作用的混凝土，不易產生應力導致其開裂，當混凝土在收縮變形時若受到地基或其邊界原有結構的制約，就會產生拉應力，嚴重時引起開裂。另外混凝土溫度高、體積膨脹，外部混凝土文帝低，體積收縮，相互制約的結果是內部混凝土受壓，外部混凝土受拉。

2.3 混凝土抗拉強度低

混凝土的抗拉強度低，一般為其抗壓強度的10%作用，極限拉伸也小，通常在（1～3）×10左右，大體積混凝土的變形作用受到約束時的拉應變，或拉應力極有可能超過混凝土的極限拉應變（或抗拉強度）而開裂。

一般設計中一般要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時的穩定溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時候溫度應力可超過其他外荷載所引起應力，因此掌握溫度應力的變化規律對于進行合理的結構設計和施工尤其重要。

3 工程概況

某市中國電信大樓，由主樓和裙樓組成，裙樓4層（局部5層），主樓地下1層，地上16層，另有1層技術層。該樓采用筏式基礎，混凝土強度等級為C30抗滲等級為P6，基礎厚度2.5m～3.0m，平面尺寸45m×33m混凝土用量約3800，屬大體積混凝土?；A施工在5月中下旬進行，氣溫較高。由于采取了有效的技術措施，成功的解決了混凝土防裂問題。

4 原材料的選用

水泥：C30大體積混凝土應選用水化熱較低的水泥，并盡可能減少水泥用量。

細骨料：根據工程中具體情況而定。

粗骨科：在可泵送情況下，選用粒徑5～32.5連續級配石子，以減少水泥用量和混凝土收縮變形。

含泥量：在大體積混凝土中，粗細骨料的含泥量是要害問題，若骨料中含泥量偏多，不僅增加了混凝土的收縮變形，又嚴重降低了混凝土的抗拉強度，對抗裂的危害性很大。因此骨料必須現場取樣實測，石子的含泥量控制在1%以內，砂的含泥量控制在2%以內。

摻合料：采用添加粉煤灰技術。項目部根據試驗選定采用二級粉煤灰，在混凝土中摻用的粉煤灰不僅能夠節約水泥，降低水化熱，增加混凝土和易性，而且能夠大幅度提高混凝土后期強度，大大降低了混凝土前3d的水化熱。

外加劑：采用外加膨脹劑（AEA）技術。在混凝土中添加占膠凝材料8%的AEA。經驗證明，在混凝土添加了AEA之后，混凝土內部產生的膨脹應力可以抵消一部分混凝土的收縮應力，從而提高了混凝土抗裂強度和抗滲性能。

5 確保泵送混凝土基礎質量的技術措施

5.1 混凝土原材料優選

水泥的品種與用量：一般大體積混凝土，應選擇水化熱低的水泥品種，該工程選用礦渣水泥，強度等級為42.5R。

由于減少水泥用量可以明顯減少水化熱降低溫升，該工程摻入了15%的Ⅱ級粉煤灰代替水泥。美國墾務局提出的絕熱溫升公式如下：

式中：——在齡期t時的絕熱溫升（℃）；

——每kg混凝土中的水泥用量（kg/）；

Q——每kg水泥的水化熱（kJ/kg）；

P——混凝土的密度（kg/）；

C——混凝土的比熱kJ/（kg.k）；

m——隨混凝土澆建筑溫度！水泥品種等而異的系數。

據上式可算得單方混凝土中水泥用量每增減10kg，絕熱條件下混凝土溫度升降1℃～2℃，考慮到粉煤灰后期強度和普通混凝土強度在28d后仍有增長特點，在征得設計部門和業主同意后采用60d的混凝土強度作為評定標準，既保證了混凝土強度，又減少了水泥用量。

5.2 集 料

（1）砂：細度模數為M-2.9的中粗砂<3%，含泥量級配良好，不得含有粘土團粒。

（2）石：為配合泵送，選用10～40mm卵石，針片狀<15%含泥量<1%。

5.3 外加劑

為保證P6的抗滲等級指標，混凝土摻入了UEA混凝土膨脹劑，另外加入了混凝型復合減水劑，以保證泵送混凝土的施工要求，同時也減少了水泥用量。摻入粉煤灰，不但減少水泥用量，而且可以有效抑制咸骨料反應。

5.4 混凝土配合比的優化

該工程全部使用商品混凝土，泵送工藝澆筑施工。根據技術要求，商品混凝土出機時間的落度為200mm以上，澆筑現場實測170～180mm，很好地滿足了泵送工藝。

6 溫度測控

6.1 控制混凝土的出機溫度和入模溫度

（1）集料堆場連續用冷水冷卻。

（2）規定合理的拆模時間、避免土表面發生急劇的溫度梯度。

（3）攪拌用水中摻入冰塊。

（4）在混凝土中預埋水管，通入冷水降溫。

（5）暴露出的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，遇寒冷季節要采用保溫措施。

（6）混凝土泵輸送管道外壁四周用多層草袋包裹并反復淋水。根據熱量平衡原理，經計算（過程從略）混凝土出機溫度為29.3℃實測平均為30.1℃運至工地入模溫度30.4℃。

6.2 提高混凝土面層溫度

混凝土全部澆筑完畢后，采取蓄水法進行養護。水深20cm，上覆塑料薄膜，混凝土內部分水化熱不斷地向表面傳遞，及太陽輻射作用，養護水溫度慢慢升高。假設混凝土在水中低溫養護，對混凝土的養生特別有利，又利于保證混凝土的質量防止開裂。水價低廉，經濟效果明顯。

6.3 降低混凝土內部溫度

（1）結構混凝土中放入（分散均勻）150～200mm的塊石約100m2，以降低水化熱溫度，穩定體積，減少收縮，節約混凝土。大石表面應無浮塵fcu≥60MPa。

（2）混凝土內部布置循環冷卻水管，讓循環水吸收混凝土內部水化熱，以降低溫度。

（3）如果內部溫度是非線性分布的，由于結構本身互相約束而出現的溫度應力。結構尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內部溫度高，在表面出現拉應力，在中間出現壓應力。

6.4 溫度測定

（1）測溫范圍，混凝土內部布置近30個測點測溫，混凝土上表面測溫，即水溫混凝土四周的模板外草袋內溫度，大氣溫度。

（2）測溫儀器，混凝土內部用熱敏電阻溫度傳感器，其它位置用水銀溫度計。

（3）測溫頻率：混凝土澆筑3h后開始連續進行，第1～7d每2h測溫1次，第8～9d每6h測1次，第10～15d每12h測1次。

6.5 溫度計算

綜合上述措施，通過熱平衡計算（過程從略）預測的溫差△t計算如下：

（1）絕熱溫升30.1℃；

（2）施工時混凝土的入模溫度30.4℃；

（3）預計混凝土內部中心最高溫度30.1℃+30.4=60.5℃；

（4）通過蓄水法保溫，混凝土表面溫度（水溫）為30℃～34℃平均為32.8℃

（5）由于投入毛石，可降低混凝土中心溫度約4.0℃；

（6）由于采用循環水冷卻，可降低混凝土中心溫度約5.0℃；

（7）混凝土內外實際溫差△t=60.5℃-32.8℃-4.0℃-5.0℃=18.7℃?？紤]施工中的不利因素，乘以系數1.3則18.7℃×1.3=24.3℃，不超過25℃；

（8）測試表明溫升正常，混凝土內部最高溫升值發生在混凝土澆筑后5d內平均實測最高溫度為54.1℃，混凝土表面溫度32.8℃，混凝土內外溫差小于25℃。

經前期溫度測量試驗及結構實體檢測，溫度監測采用預防溫度管并通過專用溫度計自行測量，通過修正后完全能達到電子測溫要求，能夠真實的反應混凝土的內部實際溫度值。

因此，改善混凝土的性能，控制混凝土的出機溫度和入模溫度，提高混凝土面層溫度，提高抗裂能力，防止表面干縮，特別是保證混凝土的質量防止裂縫是十分重要，應該特別注意避免產生貫穿裂縫，出現后要恢復其結構的整體性是十分困難的，因此施工中應以預防貫穿性裂縫的發生為主。

7 其它技術措施

（1）澆筑方法采用斜面分層法。

（2）由于加入了緩凝劑，混凝土初凝時間為6h上下層混凝土澆筑時間間隔，控制在2～3h左右。

（3）實施二次振搗?？刂苹炷帘貌剂虾穸?，且振搗上層混凝土時振動棒插入下層混凝土表面50cm以上，以利于散熱和保持混凝土的整體性。

（4）排除混凝土表面的泌水。當混凝土澆筑接近基礎端部處時，改由端部向中間澆筑的以形成坡度，使混凝土表面的泌水和浮漿匯聚，經模板預留孔流出，再次匯聚后用水泵排除。

（5）凡結構暴露表面均多次壓實抹光。拆模：拆模不可過早，以避免混凝土基礎側面溫度變化過快，溫度梯度過陡，而此時混凝土的強度較低，極限拉伸小，易形成裂縫。施工中應注意拆模時間的選擇。由于方法得當，加上措施有力，施工前周密部署，施工中嚴格管理，該混凝土基礎沒有出現裂縫，既滿足了業主的要求，又總結了泵送混凝土施工的寶貴經驗。

（6）施工中應注意的問題

①大體積混凝土澆筑不應留冷縫，保證澆筑的交接時間，應控制在初凝前；

②保證振搗密實，嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，嚴防漏振及過振；

③及時發出溫控警報，做好覆蓋保溫及保濕工作，但覆蓋層也不應過熱，必要時應解開保溫層，以利于散熱；

④夜間溫度較低，因此應加強夜間混凝土溫度的監測工作和養護工作，確保大體積混凝土內部梯度；

⑤保證混凝土供應，連續澆搗，確保不留冷縫；