浅谈基础底板大体积混凝土防裂技术

陈文斌

（汉中市南郑区建设工程服务和质量监督中心  陕西南郑  723100）

摘要：大体积混凝土易产生温度裂缝和收缩裂缝，在施工当中应当采取适合的方法来调节水化热和收缩应力。由此基于相关研究成果以及工程实践，对基础底板大体积混凝土的裂缝控制技术进行探讨，指出可利用相变材料控制水化热，延缓混凝土温升、温降速率，设置滑动垫层来调节外界对混凝土的刚性约束，降低收缩应力，同时在浇筑和养护中利用混凝土的徐变、松弛特性也能较好地降低裂缝发生概率。

关键词：基础底板；大体积混凝土；防裂技术

一、大体积混凝土概述

    根据国家标准的定义，大体积混凝土是一种体积大于1m以上，或容易出现有害裂缝的混凝土。大体积混凝土的突出特性就在于体积大或者容易出现有害裂缝，除开这些特性，大体积混凝土与普通混凝土并没有太大差别，其所用的配置材料也就是水泥、粗细骨料、掺合料、外加剂、水等等，当然不管是大体积混凝土还是普通混凝土都需要根据强度等级、可泵性、坍落度等来确定用料用量。同时大体积混凝土和普通混凝土都要遭遇水化热，其中大体积混凝土的水化热现象最为突出，也是造成大体积混凝土容易出现有害裂缝的关键原因。当大体积混凝土中水泥发生水化热后，因为体积大，混凝土的内外部温差不一致，在热胀冷缩效应下，混凝土内部温度高而膨胀，外部因为散热好，温度低而收缩，当内外温差过大，在热胀冷缩下就会产生有害裂缝，一般这些裂缝称为温度裂缝。当然也因为混凝土的收缩特性，大体积混凝土的收缩现象非常突出，一旦大体积混凝土的收缩被约束，就会造成收缩应力，当这一个力的大小超过混凝土的抗拉极限强度，也会产生有害裂缝，这种裂缝一般称为收缩裂缝。为了控制有害裂缝的发生，采取必要的防裂技术措施很关键。

二、基础底板大体积混凝土防裂技术

（一）工程概况

某塔形构筑物，设计高度140.8m，基础底板东西向长轴长度为162m，南北向短轴长度为94m，底板厚度3m，底板面积高达16800平方，需要的混凝土量为45000立方。混凝土强度等级为C35，该等级为60天后的强度，抗渗等级要求为P8。设计使用年限为100年，基准期为50年，安全等级为一级，抗震等级为一级，持力层深入中风化岩层，该岩层为中风化白云质灰岩，基础埋深20m。

（二）防裂技术应用思路

    基于项目难点来看，控制混凝土温度裂缝和收缩裂缝是保证质量的关键点。一般项目中裂缝控制措施通常是通过调节水化热来实现控制有害裂缝的发生，比如骨料预冷，用部分冰代替水，加抗裂纤维材料、掺缓凝剂等等，但因为本项目中大体积混凝土超长、超宽、超厚，水化热异常显著，上述措施都存在一定的局限性，无法保证水化热调节效果。为此考虑通过加入相变控温材料控制温度的方法，降低温度裂缝发生的概率，并且采取滑动支座来改善约束条件，降低约束力，以控制收缩裂缝，进一步考虑利用混凝土的收缩徐变和松弛特性来控制裂缝。

（三）防裂技术的应用

1混凝土配合比

针对项目实际，对项目所用混凝土进行配合比优化设计，设计结果如下：所用材料为42.5低碱普通水泥，Ⅰ级粉煤灰作为掺合料，WC引气缓凝高效减水剂，HEA抗裂膨胀剂，10~31.5mm碎石，中砂。配合比如下，水泥：粉煤灰：水：中砂：碎石：减水剂：膨胀剂=300：100：165：774：1161：4：12。

2混凝土温度与收缩应力计算

第一，按照上述配合比进行浇筑前的温度峰值计算。工程在三月份进行施工，外界温度较低，施工方法拟采用薄层分层浇筑，为控制入模温度，在混凝土拌制前用深井水预冷骨料，拌合期间在拌合仓中采取风冷措施进一步降温，保证骨料温度在8~10℃。按照该方法入模温度为18℃。经过计算，混凝土绝热温升值高达67.43℃，最高温度峰值为65.20℃。

第二，施工期间现场室外环境温度平均为17℃左右，取17℃，假设混凝土中心安全温度为38℃，根据施工经验以及针对性的养护，预估混凝土中心的温度要下降到安全温度至少需要15d。由此计算收缩变形值，根据相关研究成果提出的计算公式进行计算，得到混凝土15d收缩变形值为1.78×10-5，经过换算得到当量温差1.78℃，注意计算所用混凝土线膨胀系数为1.0×10-5/1/℃。

第三，计算大体积混凝土最大综合温差，因混凝土处于降温状态因此取负值，为-29℃，当降温15d时，混凝土的弹性模量为2.33×104MPa，该值由经验计算公式得到。按照常规分层浇筑施工方法，假定可在底板上设置一条后浇带，则计算得到3.42N/mm2的收缩应力最大值。根据要求混凝土强度等级为C35，该强度混凝土的抗拉强度设计值为1.57N/mm2。

经过计算可知，若采取常规施工方法，该项目浇筑的大体积混凝土必然出现裂缝，必须要采取防裂措施。

3防裂新方法运用

根据前文提供的防裂技术应用思路，项目中考虑加入相变材料，利用相变材料的储能特性，控制混凝土的早期水化热。由于相变材料的特性，当混凝土水化热产生的热量达到材料的相变点，材料将吸收水化热，从固态转变为液态，并吸收热能存储在材料中，从而达到控制水化热的升温值，延缓温度上升速度。当混凝土温度下降，材料再次相变，材料释放热量从液态转为固态，延缓温度下降速度。进而始终控制温度在安全范围内。

综合考虑经济性和施工质量目标，按相变潜热高、储能容量大、性能稳定、无毒无腐蚀、不产生化学反应、变形性能接近混凝土、价格适中等原则选择适当的相变材料，进一步结合模拟计算结果，项目选用石蜡作为相变材料相对比较合适，该材料相变点约56℃，溶解热200J/g。直接将该材料作为外加剂或混凝土组分加入混凝土中，添加量为水泥的10%。

进一步对加入石蜡的混凝土进行计算，该混凝土绝热温升值约为64.82℃，最高温度峰值约63.37℃。相比之前的混凝土，温度峰值明显下降。经过现场试验温升和温降速度显著降低，温度裂缝发生概率显著下降。

4收缩应力控制

项目采取滑动支座方案来调节基岩对底板混凝土的刚性约束。考虑在白云质灰岩和底板混凝土之间设置垫层以及滑动支座层，降低刚性约束，使混凝土可以自由收缩。其中滑动支座层按照取材容易，价格便宜，隔震效果好以及耐久性好为原则进行选择。项目按此原则选择了沙子、热沥青胶、橡胶作为滑动垫层材料，其中沙子选粗砂，要求颗粒坚硬光滑，橡胶材料为三元乙丙橡胶防水卷材，要求抗拉强度在10MPa以上，弹性要好，耐久性要强，表面光滑，厚度6mm.热沥青胶铺筑厚度1mm。滑动垫层结构为最下层是100mm厚度的C10混凝土，然后铺筑一层20mm厚的1：3水泥砂浆找平层，再铺筑一层100mm厚粗砂，再粗砂层上铺筑热沥青胶，然后铺筑20mm水泥砂浆找平层，三元乙丙橡胶卷材，再铺筑沥青胶、找平层和沥青胶。

5基于混凝土徐变和松弛特性控制裂缝

利用好混凝土的徐变和松弛特性可以比较有效地提升混凝土极限抗拉强度。这种方法的思路是利用延长时间的方式来达到控制裂缝的目的。这里主要通过浇筑方案调整和养护措施来进行控制。

在混凝土浇筑后1h内覆盖塑料薄膜进行保温，降低混凝土的水蒸发，24h以后加盖麻袋（两层）。当然必要的测温措施也是需要的，以热电偶温度计作为测温仪器。混凝土开始降温时再一次加盖泡沫聚苯乙烯板进行保温（厚度50mm）。按照测温结果随时调整保温层的厚度，并且及时洒水。采取该养护措施后，前10d降温速率在1.5℃每天，10天后为3℃每天，养护时间为1个月左右。

三、结束语

    实践证明，合理利用好大体积混凝土防裂技术，对于控制大体积混凝土的温度裂缝和收缩裂缝具有实效，通过预测温度峰值，预测收缩应力的方法有针对性地对配合比、浇筑方案、养护方案等进行优化达到了理想的施工效果。

参考文献：

[1]孙维刚,倪富陶,刘来君，等.大体积混凝土水化热温度特征数值分析[J].江苏大学学报（自然科学版）,2015(4):475-479.

[2]唐际宇,林忠和,陈勇辉，等.南宁华润中心东写字楼项目双溜管浇筑底板大体积混凝土施工技术[J].施工技术,2016(18):63-69.