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摘要：大体积混凝土温度裂缝作为筏板基础施工中常见的质量通病，一直是建筑工程施工面临的难题之一。本文结合工程应用实例，通过简述筏板基础混凝土温度应力控制要点，重点分析了混凝土温度试验数据及防裂验算工作，并提出一些合理的控制措施，以供参考。
关键词：筏板基础；大体积混凝土；温度裂缝；监测数据
随着我国社会经济建设的快速发展，城市各种类型的建筑物数量日益增加，对建筑物大体积混凝土结构的质量安全也提出了新的要求。筏板基础作为建筑工程施工中的重要组成部分，具有混凝土强度高、厚度大和浇筑量大等特点，是一种典型的大体积混凝土结构。但在筏板基础大体积混凝土浇筑过程中，由于混凝土水化热过高，加上受到施工条件、温度变化、人员操作等因素的影响，混凝土在浇筑完成后容易产生温度裂缝的现象，若没有得到有效的处理，轻则影响到筏板基础施工的建设周期及投资成本，重则给建筑工程的质量安全带来一定的隐患。因此，施工人员必须清晰认识到大体积混凝土温度裂缝的危害，采取必要的措施，以避免温度裂缝影响到建筑的质量。
1 工程概况
某医院高层病房楼主楼基础尺寸约为119m×34m，筏板厚2m，属大体积混凝土，沿纵向设置了3道后浇带。施工时按后浇带位置将筏板划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ3个施工段，混凝土用量分别为2100，2987.6，2100m3。施工时间为夏季，日均气温达30℃左右，最高温度达36℃。炎热天气对大体积混凝土的施工是把双刃剑，给入模温度等参数的控制带来诸多困难，对混凝土表面与大气间的温差控制有益，但总体上弊大于利。
本文选取筏板基础Ⅱ段的混凝土作为研究对象，从混凝土自身材料、施工过程、养护方案等方面，论述了大体积混凝土炎热气候下施工时的温度应力控制要点。通过对混凝土自浇注完成后20d的温度实测数据进行研究，绘制了混凝土沿筏板不同高度截面上温度发展的时程规律；分析了混凝土内外温差、表面与大气间温差时程曲线及降温速率等参数的特点。
2 温度应力控制要点
2.1 混凝土原材料
本筏板基础混凝土采用C40防水混凝土，抗渗等级P6。鉴于当地没有低水化热的矿渣水泥供应，采用P·O42.5水泥，并掺加了一定数量的粉煤灰和矿粉，具体掺入量需根据实验室试配并结合规范要求确定。中砂、石子粒径5～25mm、设计坍落度（170±20）mm，水胶比0.37，砂率39%。考虑到筏板基础尺寸较大及施工气候等实际情况，混凝土搅拌时按胶凝材料的5%掺加了纤维膨胀剂，以增强混凝土抗温度应力的能力，混凝土配合比（kg/m3）为：水：水泥：砂：碎石：粉煤灰：减水剂：膨胀剂：矿粉=178：260：680：1050：100：9.2：25：100。
2.2 过程控制及养护方案
1.2.1 入模温度控制
入模温度对大体积混凝土后期的温度应力控制有较大影响。混凝土浇注前，要求商品混凝土供应厂家对砂、石骨料提前3d遮阳覆盖，且在覆盖前对石子采用地下深井水冲洗。拌合水采用即时抽取的地下深井水，温度不超过15℃。混凝土运输路程约10km，运输过程中对运输车辆有效覆盖。加强混凝土出机温度及入模温度监控，当入模温度过高时，通过掺加冰块等方法及时调整拌合水温度。本次混凝土浇注时测定34组入模温度数据，最高值达33℃，最低值为29℃，平均值约为30.5℃。
1.2.2 布置温度测点
本工程大体积测温孔主要布置在底板边缘、基础中部、截面变化处及后浇带处。测温孔按10m间距布置，距梁、墙边角大于500m，其具体位置如图1所示。每个测温点沿板厚方向从上往下分a，b，c，d4层预埋4根φ25mm的薄壁钢管，与底板钢筋马凳绑扎牢固，测温管下端封口，上端露出混凝土面10cm，浇注完成时即用油灌满，管口用软木塞塞紧，同时上端应贴上深度标志胶带以便区分，具体作法如图1所示。
1.2.3 浇注及养护方案
本工程基础筏板大体积混凝土浇注前对混凝土每小时浇注量及供应情况等均作了详细调研，对方案及应急预案进行了科学布置。浇注时采用斜面分层、整体推进的方式连续进行。在混凝土浇注完毕，混凝土表面压光扫毛后，及时采用塑料薄膜覆盖保水，要求封闭严密。在筏板四周支设12cm高木方，并浇注12cm高的混凝土挡水檐，进行蓄水养护，依据文献，以2m底板为例进行蓄水高度计算，取混凝土中心最高温度为80℃，计算蓄水深度约为10.8cm。根据温度实测及温差的实际情况，及时调整蓄水深度或注入温度较低的深井地下水，预计蓄水养护14d。
3 温度监测数据分析及混凝土防裂验算
3.1 温度监测及数据分析
大体积混凝土浇注6～8h后开始测温，当混凝土中心温度接近大气温度时停止测温。混凝土测温时间间隔为：混凝土浇注后1～3d为2h，4～7d为4h，其后为8h。测温时发现混凝土内部最高温度与表面温度之差达到25℃或温度异常，应根据应急预案中的规定对蓄水深度或冷水注入量及时调整。绘制测点8，10，12，16不同高度处的实测温度及大气温度时程曲线，如图3所示。根据温度实测情况，对不同测点的最高温度及降温阶段的数据分析，如表1所示。表1中升温和时间指大体积混凝土内部达到最高温度与入模温度的温差及其所需时间；降速指大体积混凝土达到最高温度后的降温速度。
从表1中看出，混凝土浇注完成36～40h，温度达到最大值，不同测点温度峰值为75～85℃不等，温度最高值多出现在b点，比入模温度平均高出48℃。入模温度越高，其峰值温度越大，且出现峰值所需时间越短，说明入模温度对后期温度的发展规律影响较大。
3.2 温差分析及防开裂验算
2.2.1 温差分析在大体积混凝土施工中，混凝土表面与大气间、中心区域与表面间的温差控制是重要控制点。本文选取测点8，10，12，16，分别绘制了自测温开始至测温结束约20d时间内，a点与大气间、a点与b点间温差的时程规律，如图2所示。 由图2 a可看出，a点与大气间的温差前2d温差较大且有波动，最高约达30℃，随后该温差降低，在后续2～6d内温差稳定，约为20℃，6d后温差又逐渐降低，至20d时，温差基本消失，混凝土表面温度与大气温度基本接近。从图4b可以看出，b点与a点之间温差在最初2d急剧上升，最大可达33℃，而后温差相对稳定，持续3d后温差进一步降低，降温速率基本接近线性，至20d时，温差约为5℃，且缓慢降低。由表1及图2 b可知，前15d降温速率约为1.85℃/d，低于规范要求的2℃/d，且后期降温速率趋缓。
2.2.2 混凝土防开裂验算及实体质量检验
对大体积混凝土而言，前期温升较快且温差较大，而此时早龄期混凝土的抗拉强度较低，出现温度应力裂缝的可能性较大。根据文献规定：通过比较混凝土自约束应力与防开裂安全应力，可以初步预测该大体积混凝土是否存在开裂风险。本文结合文献，选取浇注完成后的前8d混凝土抗拉能力与计算温度应力值相比最不利的时间点，对大体积混凝土进行防开裂分析。
1）龄期t时的混凝土抗拉强度值
2）自约束拉应力计算
错误！未找到引用源。 （2）
式中：α为混凝土线膨胀系数，取为1×10-5；Hi（t，τ）为混凝土松弛系数，本例中取为1；ΔT1t（t）为区段温差，本例只取一个计算区段，龄期为前8d，温差取实测值。Ei（t）为龄期t时混凝土的弹性模量，按下式计算：
根据文献要求，式中：β=1.01，E0=3.25×104MPa，φ=0.09。
3）开裂可能性评估
根据文献规定：
式中：λ为掺和料对混凝土强度的影响系数，根据规范要求取1.16；K为防裂安全系数，取1.15。
根据上述计算结果，对9个测点处进行防开裂分析，结果相似，本文以第8测点为例，将前8d的混凝土抗拉能力计算值、防开裂计算安全应力值及温度应力计算值进行对比，如图3所示。
从图3中看出，混凝土温度应力裂缝前3d出现的可能性较大，ftk（t）计算值均小于1.15σz，说明该大体积混凝土存在开裂风险，需要进行防裂措施设计。后期对混凝土面部质量进行检验，除局部出现小范围收缩裂缝外，未发现过多裂缝；对混凝土内部质量采用超声波无损检测设备检验，亦未发现混凝土内部出现应力裂缝，说明温度应力控制效果较好，这主要与混凝土掺加的纤维膨胀剂有一定关系。
4 结语
通过探讨筏板基础大体积混凝土温度裂缝研究工作可知，大体积混凝土浇筑时的入模温度是关键所在，控制好入模温度，可有效控制好大体积混凝土内外温差、混凝土表面与大气间的温差。同时采用高强度、耐久性好的高性能喷射混凝土，能够避免温度裂缝的产生，确保建筑工程的施工质量，并节约工程的建设成本。
参考文献：
[1]徐丽鸯.高层建筑筏板基础大体积混凝土裂缝控制措施实践[J].中国房地产业.2013年第07期
[2]叶昌洪.高层建筑筏板基础大体积混凝土施工温度裂缝控制[J].建筑与文化.2013年第05期
关键词：筏板基础；大体积混凝土；温度裂缝；监测数据
随着我国社会经济建设的快速发展，城市各种类型的建筑物数量日益增加，对建筑物大体积混凝土结构的质量安全也提出了新的要求。筏板基础作为建筑工程施工中的重要组成部分，具有混凝土强度高、厚度大和浇筑量大等特点，是一种典型的大体积混凝土结构。但在筏板基础大体积混凝土浇筑过程中，由于混凝土水化热过高，加上受到施工条件、温度变化、人员操作等因素的影响，混凝土在浇筑完成后容易产生温度裂缝的现象，若没有得到有效的处理，轻则影响到筏板基础施工的建设周期及投资成本，重则给建筑工程的质量安全带来一定的隐患。因此，施工人员必须清晰认识到大体积混凝土温度裂缝的危害，采取必要的措施，以避免温度裂缝影响到建筑的质量。
1 工程概况
某医院高层病房楼主楼基础尺寸约为119m×34m，筏板厚2m，属大体积混凝土，沿纵向设置了3道后浇带。施工时按后浇带位置将筏板划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ3个施工段，混凝土用量分别为2100，2987.6，2100m3。施工时间为夏季，日均气温达30℃左右，最高温度达36℃。炎热天气对大体积混凝土的施工是把双刃剑，给入模温度等参数的控制带来诸多困难，对混凝土表面与大气间的温差控制有益，但总体上弊大于利。
本文选取筏板基础Ⅱ段的混凝土作为研究对象，从混凝土自身材料、施工过程、养护方案等方面，论述了大体积混凝土炎热气候下施工时的温度应力控制要点。通过对混凝土自浇注完成后20d的温度实测数据进行研究，绘制了混凝土沿筏板不同高度截面上温度发展的时程规律；分析了混凝土内外温差、表面与大气间温差时程曲线及降温速率等参数的特点。
2 温度应力控制要点
2.1 混凝土原材料
本筏板基础混凝土采用C40防水混凝土，抗渗等级P6。鉴于当地没有低水化热的矿渣水泥供应，采用P·O42.5水泥，并掺加了一定数量的粉煤灰和矿粉，具体掺入量需根据实验室试配并结合规范要求确定。中砂、石子粒径5～25mm、设计坍落度（170±20）mm，水胶比0.37，砂率39%。考虑到筏板基础尺寸较大及施工气候等实际情况，混凝土搅拌时按胶凝材料的5%掺加了纤维膨胀剂，以增强混凝土抗温度应力的能力，混凝土配合比（kg/m3）为：水：水泥：砂：碎石：粉煤灰：减水剂：膨胀剂：矿粉=178：260：680：1050：100：9.2：25：100。
2.2 过程控制及养护方案
1.2.1 入模温度控制
入模温度对大体积混凝土后期的温度应力控制有较大影响。混凝土浇注前，要求商品混凝土供应厂家对砂、石骨料提前3d遮阳覆盖，且在覆盖前对石子采用地下深井水冲洗。拌合水采用即时抽取的地下深井水，温度不超过15℃。混凝土运输路程约10km，运输过程中对运输车辆有效覆盖。加强混凝土出机温度及入模温度监控，当入模温度过高时，通过掺加冰块等方法及时调整拌合水温度。本次混凝土浇注时测定34组入模温度数据，最高值达33℃，最低值为29℃，平均值约为30.5℃。
1.2.2 布置温度测点
本工程大体积测温孔主要布置在底板边缘、基础中部、截面变化处及后浇带处。测温孔按10m间距布置，距梁、墙边角大于500m，其具体位置如图1所示。每个测温点沿板厚方向从上往下分a，b，c，d4层预埋4根φ25mm的薄壁钢管，与底板钢筋马凳绑扎牢固，测温管下端封口，上端露出混凝土面10cm，浇注完成时即用油灌满，管口用软木塞塞紧，同时上端应贴上深度标志胶带以便区分，具体作法如图1所示。
1.2.3 浇注及养护方案
本工程基础筏板大体积混凝土浇注前对混凝土每小时浇注量及供应情况等均作了详细调研，对方案及应急预案进行了科学布置。浇注时采用斜面分层、整体推进的方式连续进行。在混凝土浇注完毕，混凝土表面压光扫毛后，及时采用塑料薄膜覆盖保水，要求封闭严密。在筏板四周支设12cm高木方，并浇注12cm高的混凝土挡水檐，进行蓄水养护，依据文献，以2m底板为例进行蓄水高度计算，取混凝土中心最高温度为80℃，计算蓄水深度约为10.8cm。根据温度实测及温差的实际情况，及时调整蓄水深度或注入温度较低的深井地下水，预计蓄水养护14d。
3 温度监测数据分析及混凝土防裂验算
3.1 温度监测及数据分析
大体积混凝土浇注6～8h后开始测温，当混凝土中心温度接近大气温度时停止测温。混凝土测温时间间隔为：混凝土浇注后1～3d为2h，4～7d为4h，其后为8h。测温时发现混凝土内部最高温度与表面温度之差达到25℃或温度异常，应根据应急预案中的规定对蓄水深度或冷水注入量及时调整。绘制测点8，10，12，16不同高度处的实测温度及大气温度时程曲线，如图3所示。根据温度实测情况，对不同测点的最高温度及降温阶段的数据分析，如表1所示。表1中升温和时间指大体积混凝土内部达到最高温度与入模温度的温差及其所需时间；降速指大体积混凝土达到最高温度后的降温速度。
从表1中看出，混凝土浇注完成36～40h，温度达到最大值，不同测点温度峰值为75～85℃不等，温度最高值多出现在b点，比入模温度平均高出48℃。入模温度越高，其峰值温度越大，且出现峰值所需时间越短，说明入模温度对后期温度的发展规律影响较大。
3.2 温差分析及防开裂验算
2.2.1 温差分析在大体积混凝土施工中，混凝土表面与大气间、中心区域与表面间的温差控制是重要控制点。本文选取测点8，10，12，16，分别绘制了自测温开始至测温结束约20d时间内，a点与大气间、a点与b点间温差的时程规律，如图2所示。 由图2 a可看出，a点与大气间的温差前2d温差较大且有波动，最高约达30℃，随后该温差降低，在后续2～6d内温差稳定，约为20℃，6d后温差又逐渐降低，至20d时，温差基本消失，混凝土表面温度与大气温度基本接近。从图4b可以看出，b点与a点之间温差在最初2d急剧上升，最大可达33℃，而后温差相对稳定，持续3d后温差进一步降低，降温速率基本接近线性，至20d时，温差约为5℃，且缓慢降低。由表1及图2 b可知，前15d降温速率约为1.85℃/d，低于规范要求的2℃/d，且后期降温速率趋缓。
2.2.2 混凝土防开裂验算及实体质量检验
对大体积混凝土而言，前期温升较快且温差较大，而此时早龄期混凝土的抗拉强度较低，出现温度应力裂缝的可能性较大。根据文献规定：通过比较混凝土自约束应力与防开裂安全应力，可以初步预测该大体积混凝土是否存在开裂风险。本文结合文献，选取浇注完成后的前8d混凝土抗拉能力与计算温度应力值相比最不利的时间点，对大体积混凝土进行防开裂分析。
1）龄期t时的混凝土抗拉强度值
2）自约束拉应力计算
错误！未找到引用源。 （2）
式中：α为混凝土线膨胀系数，取为1×10-5；Hi（t，τ）为混凝土松弛系数，本例中取为1；ΔT1t（t）为区段温差，本例只取一个计算区段，龄期为前8d，温差取实测值。Ei（t）为龄期t时混凝土的弹性模量，按下式计算：
根据文献要求，式中：β=1.01，E0=3.25×104MPa，φ=0.09。
3）开裂可能性评估
根据文献规定：
式中：λ为掺和料对混凝土强度的影响系数，根据规范要求取1.16；K为防裂安全系数，取1.15。
根据上述计算结果，对9个测点处进行防开裂分析，结果相似，本文以第8测点为例，将前8d的混凝土抗拉能力计算值、防开裂计算安全应力值及温度应力计算值进行对比，如图3所示。
从图3中看出，混凝土温度应力裂缝前3d出现的可能性较大，ftk（t）计算值均小于1.15σz，说明该大体积混凝土存在开裂风险，需要进行防裂措施设计。后期对混凝土面部质量进行检验，除局部出现小范围收缩裂缝外，未发现过多裂缝；对混凝土内部质量采用超声波无损检测设备检验，亦未发现混凝土内部出现应力裂缝，说明温度应力控制效果较好，这主要与混凝土掺加的纤维膨胀剂有一定关系。
4 结语
通过探讨筏板基础大体积混凝土温度裂缝研究工作可知，大体积混凝土浇筑时的入模温度是关键所在，控制好入模温度，可有效控制好大体积混凝土内外温差、混凝土表面与大气间的温差。同时采用高强度、耐久性好的高性能喷射混凝土，能够避免温度裂缝的产生，确保建筑工程的施工质量，并节约工程的建设成本。
参考文献：
[1]徐丽鸯.高层建筑筏板基础大体积混凝土裂缝控制措施实践[J].中国房地产业.2013年第07期
[2]叶昌洪.高层建筑筏板基础大体积混凝土施工温度裂缝控制[J].建筑与文化.2013年第05期