蘇州中南中心底板大體積混凝土蓄水養護技術

王帥亮，陳 川，鐘 世，宗秀金，張智勇，顧燁烽

（江蘇中南建筑產業集團有限責任公司，江蘇 南通 226100）

0 引言

隨著經濟和技術的高速發展，越來越多的大面積、大長度、大體積混凝土被運用在高層、超高層建筑的基礎底板之上。

大體積混凝土的核心質量控制要點就是對裂縫的控制，涉及到混凝土施工的全過程階段。

在混凝土澆筑后的養護階段，傳統的混凝土養護措施多為棉被、塑料布、麻袋片等材料堆疊覆蓋，以達到保溫的目的。但是在墻柱插筋密集區域傳統材料無法做到完全密封的狀態，不僅會造成表面混凝土失水，更影響局部一定區域內的混凝土保溫效果。同時在混凝土養護期間受大雨、大風等不利氣候影響較大。

基于這些問題，本項目采用蓄水養護，根據溫差變化便于控制保溫層厚度［1］，保持混凝土的整體濕度，同時使整個保溫層呈完全密閉狀態，對混凝土形成良好的養護。

1 工程概況

1.1 基坑概況

本項目基坑總面積約 26 260 m2，其中地下 6 層區面積 23 430 m2，地下 2 層區面積 2 830 m2。項目采取“裙房先逆作、塔樓后順作”的施工順序，待裙房底板混凝土澆筑完后進行塔樓區域的施工。

1.2 底板概況

裙房區域挖至-28.4 m，板厚 1.4 m，混凝土等級為 C40P10。塔樓一般區域挖至-33.4 m，深坑區域挖至-35.2 m，墊層為 200 mm 厚 C20 混凝土，筏板為 6.1 m 厚C50P10（R60）混凝土，混凝土量約 4.5萬 m3，鋼筋約 9 411.8 t。底板平面面積約 7 800 m2，形狀呈十二邊形，東西長 92.5 m，南北長 93.4 m，如圖1 所示。

圖1 塔樓底板示意圖

1.3 澆筑部署

本工程裙房底板混凝土先行澆筑，在裙房底板澆筑完畢后，開挖塔樓區域底板土方，進行塔樓底板各項作業。塔樓底板混凝土一次性澆筑，澆筑順序為由東向西退管澆筑，如圖2 所示。

圖2 塔樓底板混凝土澆筑示意圖

1.4 混凝土配合比

經過反復試配，確定應用 220 kg/m3、P.O42.5 水泥、總膠材 444 kg/m3配比，如表1 所示。

表1 C50P10-R60 基礎底板混凝土配合比 kg/m3

2 混凝土蓄水計算

2.1 混凝土絕熱溫升計算

混凝土絕熱溫升計算如式（1）所示。

式中：T（t）為混凝土齡期為t時的絕熱溫升，℃；W為每 m3混凝土的膠凝材料用量，kg/m3；Q為膠凝材料水化熱總量，（kJ/kg）；C為混凝土的比熱容，可取0.92-1.00［kJ/（kg·℃）］；ρ為混凝土的質量密度，可取2400～2500（kg/m3）；t為混凝土齡期，d；m為與水泥品種、用量和入模溫度等有關的單方膠凝材料對應系數。

3 d 絕熱溫升為 46.28 ℃，7 d 絕熱溫升為 50.09 ℃。

2.2 混凝土蓄水層厚度計算

混凝土蓄水層厚度計算如式（2）所示。

式中：δ為混凝土表面的保溫層厚度，m；λo為混凝土的導熱系數，W/（m×k）］；λi為保溫材料的導熱系數，W/（m×k）；Ts為混凝土澆筑體表面溫度，℃；Tq為混凝土達到最高溫度時（澆筑后 3～5 d）的大氣平均溫度，℃；Tmax為混凝土澆筑體內的最高溫度，℃；h為混凝土結構的實際厚度，m；Ts-Tq為可取 15～20 ℃；Tmax-Tb為可取 20 ～25 ℃；Kb為傳熱系數修正值。

取混凝土養護水厚度為 600 mm。

2.3 蓄水厚度實時調節計算

根據混凝土絕熱溫升計算及同濟大學對本項目塔樓底板模型的計算，得到養護層厚度與時間的理論關系表，如表2 所示。

表2 蓄水厚度與時間關系表

3 混凝土蓄水養護實施

3.1 測溫方案

監測點布置在大體積混凝土的對撐軸線之上，其中自動測溫點平面布置 17 個點、立面布置 12 個點，合計 204 個點；澆筑體表層、底層 2 個測點距混凝土表面各 150 mm，中部距離為 500 mm/550 mm，如圖3 所示。監測的頻率為每半小時記錄一次數據，每≤8 h 提交一次匯總性報表。

圖3 底板測溫點平立面布置圖（單位：mm）

3.2 蓄水養護

1）采用蒸壓加氣混凝土砌塊砌筑擋水墻，迎水面粉刷水泥砂漿，根據澆筑順序和時間差劃分四個養護分區，先行澆筑完成部位先行養護，養護分區采用砌體分隔墻，如圖4 所示。

圖4 塔樓底板養護分區現場圖

2）表層混凝土終凝后開始分區養護，根據方案內的絕熱溫升計算確定兩個階段水體保溫層厚度，首先在混凝土表面鋪設一層大棚薄膜，開始蓄水至第一階段厚度，按此方式完成所有分區的第一階段蓄水養護工作。采集并分析混凝土測溫數據和溫升曲線，逐步蓄水至預定第二階段厚度，最后在水面上部覆蓋彩條布，完成所有分區的第二階段蓄水養護工作。

3）根據混凝土測溫數據，確定降溫曲線和趨勢，降溫達到預定溫度值后，綜合混凝土養護齡期，逐步抽水減少水體保溫層厚度，至水完全排出完成混凝土養護。

4 溫度數據

本項目大底板混凝土澆筑時間為 2021 年 5 月 31 日晚上 7 點 54 分～2021 年 6 月 3 日早上 8 點 05 分，歷時 60.18 h。溫度曲線圖內坐標原點取時間 0 h 為混凝土澆筑至底部 12# 測溫點位的開始時間，及混凝土最初測得入模溫度的開始時間。測溫數據統計自測得溫度開始至 15 d（360 h）截止，數據選取正中央最具代表性的 A13 點進行分析。

根據溫度記錄，澆筑期間大氣溫度為 20.1～33.6 ℃，澆筑期間天氣多云轉陰，混凝土入模溫度為26.1～29.9 ℃。

4.1 整體豎向溫度曲線圖

混凝土入模后，測溫點自動感應，因大體積混凝土初終凝時間長，混凝土約 20 h 后開始水化，中心2 300～3 900 mm 范圍內（5、6、7、8# 四點）在入模后第 50 h 溫度上升速率明顯放緩，放熱速率明顯下降，基本達到溫升峰值，但溫度仍呈現輕微上升趨勢約 2 ℃，如圖5 所示。

圖5 5、6、7、8# 測溫點溫度曲線圖

上部 0～1 750 mm（1、2、3、4# 四點）在入模后第 47 h 溫度上升速率明顯放緩，放熱速率明顯下降，并達到混凝土的溫升峰值。下部 4 450～6 100 mm（9、10、11、12# 四點）在第 55 h 之間溫度上升速率明顯放緩，放熱速率明顯下降，并達到混凝土的溫升峰值，如圖6所示。

圖6 其他測溫點溫度曲線圖

4.2 里表溫差、溫升值及降溫速率分析

混凝土中心溫度最高值為 78.8 ℃，表面溫度最高值為 56.8 ℃，底部溫度最高值為 55.4 ℃，混凝土中心溫度與表面溫度最大差值為 42 ℃，混凝土溫升值為 48.9～52.7 ℃，如圖7 所示。

圖7 1#、7#、12# 測溫點溫度曲線圖

超厚底板大體積混凝土在放熱過程中熱量層層向上傳遞，下部降溫速率慢，上部降溫速率快。由于本項目底板厚度達 6.1 m，局部達 6.9 m，里表溫差點位距離 3.4 m，完全區別于傳統的大體積混凝土。對里表溫差重新進行分析，根據規范要求布置的每 500 mm 一個點位測得層間溫差如表3 所示。

表3 500 mm 層間最大溫差數據表

根據混凝土溫度曲線，測得混凝土溫度達到峰值后各點位的降溫速率如表4 所示，上部 1#、2# 兩點前三天的降溫速率較快，后期逐漸放緩，中部及下部的點位降溫速率均＜2 ℃/d。

表4 混凝土降溫速率數據表

4.3 上部混凝土與蓄水層溫度曲線分析

現場蓄水養護從表層混凝土終凝后開始，時間為第 75 h，自然水溫測得為 23.6～24.9 ℃，水體開始養護后，水溫急速上升至約 30 ℃，隨著混凝土的持續放熱，水溫穩定在 32.2～36.2 ℃，如圖8 所示，恒溫、恒濕的養護層有效保障了混凝土的強度和耐久性。

圖8 1、2、3 # 水體測溫點溫度曲線圖

混凝土表面溫度1#點位溫升峰值及溫升速率較 2#、3# 點位明顯減小和放緩，如圖8 所示。水體在一定程度上吸收了部分混凝土放出的熱量，降低了混凝土的溫升峰值，減少了混凝土的溫度收縮［2］，降低了混凝土的開裂風險。

4.4 表面混凝土與大氣溫度曲線圖

混凝土養護階段，大氣溫度為 22～36 ℃，晝夜溫差 12～14 ℃，從第 100 h 開始，混凝土澆筑體表面溫度與大氣的溫度差值均維持在 20 ℃ 以下，如圖9 所示。

圖9 1# 大氣測溫點溫度曲線圖

4.5 水與大氣溫度曲線圖

混凝土蓄水層在養護過程中，受太陽照射影響，水體溫度產生輕微波動，波動的波峰與大氣的溫度波峰基本吻合，但水體溫度變化較小，幅度在 3～5 ℃，如圖10 所示。水體由于其自身比熱容大的特點，可以很好地調節環境溫度變化對混凝土養護的不利影響。

圖10 大氣、水體測溫點溫度曲線圖

5 結語

1）超厚底板大體積混凝土蓄水養護溫控指標基本滿足規范給定的數值，混凝土傳遞層間溫度差＜25 ℃，降溫速率＜2 ℃/d，溫升值＜52.7 ℃。

2）混凝土內的水泥在水化過程中，以水作為反應物，產生強度。蓄水層可以有效地防止混凝土失水，并給予混凝土水化更好的反應環境，起到更好的保濕作用，有效保障混凝土的強度和耐久性。

3）表層混凝土終凝后開始蓄水養護，蓄水層的溫度低于混凝土的溫度，蓄水層一定程度上吸收了部分混凝土放出的熱量，降低了混凝土的溫升峰值，減少了混凝土的溫度收縮。

4）土體保溫效果遠好于蓄水層的保溫效果，大體積混凝土的熱量依靠向上散熱為主。

5）混凝土在養護過程中應盡量保證養護環境的穩定和勻質性，忌急冷急熱，傳統的覆蓋材料易受大雨，大風的影響，影響保溫層的養護效果。而蓄水層由于其自身比熱容大的特點，可以很好地調節環境溫度變化對混凝土養護的不利影響。

6）蓄水保溫層密閉不透風，可以完全覆蓋整個底板面，保溫效果更好。但也會造成大體積混凝土中心溫度下降慢，混凝土養護時間過長影響后續施工的問題。Q