王帥亮，陳 川，鐘 世，宗秀金，張智勇，顧燁烽

（江蘇中南建筑產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江蘇 南通 226100）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的大面積、大長(zhǎng)度、大體積混凝土被運(yùn)用在高層、超高層建筑的基礎(chǔ)底板之上。

大體積混凝土的核心質(zhì)量控制要點(diǎn)就是對(duì)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(yǎng)護(hù)階段，傳統(tǒng)的混凝土養(yǎng)護(hù)措施多為棉被、塑料布、麻袋片等材料堆疊覆蓋，以達(dá)到保溫的目的。但是在墻柱插筋密集區(qū)域傳統(tǒng)材料無法做到完全密封的狀態(tài)，不僅會(huì)造成表面混凝土失水，更影響局部一定區(qū)域內(nèi)的混凝土保溫效果。同時(shí)在混凝土養(yǎng)護(hù)期間受大雨、大風(fēng)等不利氣候影響較大。

基于這些問題，本項(xiàng)目采用蓄水養(yǎng)護(hù)，根據(jù)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(shí)使整個(gè)保溫層呈完全密閉狀態(tài)，對(duì)混凝土形成良好的養(yǎng)護(hù)。

1 工程概況

1.1 基坑概況

本項(xiàng)目基坑總面積約 26 260 m2，其中地下 6 層區(qū)面積 23 430 m2，地下 2 層區(qū)面積 2 830 m2。項(xiàng)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(jìn)行塔樓區(qū)域的施工。

1.2 底板概況

裙房區(qū)域挖至-28.4 m，板厚 1.4 m，混凝土等級(jí)為 C40P10。塔樓一般區(qū)域挖至-33.4 m，深坑區(qū)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(zhǎng) 92.5 m，南北長(zhǎng) 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(qū)域底板土方，進(jìn)行塔樓底板各項(xiàng)作業(yè)。塔樓底板混凝土一次性澆筑，澆筑順序?yàn)橛蓶|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(jīng)過反復(fù)試配，確定應(yīng)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(chǔ)底板混凝土配合比 kg/m3

2 混凝土蓄水計(jì)算

2.1 混凝土絕熱溫升計(jì)算

混凝土絕熱溫升計(jì)算如式（1）所示。

式中：T（t）為混凝土齡期為t時(shí)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(zhì)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(guān)的單方膠凝材料對(duì)應(yīng)系數(shù)。

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(jì)算

混凝土蓄水層厚度計(jì)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(dǎo)熱系數(shù)，W/（m×k）］；λi為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m×k）；Ts為混凝土澆筑體表面溫度，℃；Tq為混凝土達(dá)到最高溫度時(shí)（澆筑后 3～5 d）的大氣平均溫度，℃；Tmax為混凝土澆筑體內(nèi)的最高溫度，℃；h為混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際厚度，m；Ts-Tq為可取 15～20 ℃；Tmax-Tb為可取 20 ～25 ℃；Kb為傳熱系數(shù)修正值。

取混凝土養(yǎng)護(hù)水厚度為 600 mm。

2.3 蓄水厚度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)計(jì)算

根據(jù)混凝土絕熱溫升計(jì)算及同濟(jì)大學(xué)對(duì)本項(xiàng)目塔樓底板模型的計(jì)算，得到養(yǎng)護(hù)層厚度與時(shí)間的理論關(guān)系表，如表2 所示。

表2 蓄水厚度與時(shí)間關(guān)系表

3 混凝土蓄水養(yǎng)護(hù)實(shí)施

3.1 測(cè)溫方案

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在大體積混凝土的對(duì)撐軸線之上，其中自動(dòng)測(cè)溫點(diǎn)平面布置 17 個(gè)點(diǎn)、立面布置 12 個(gè)點(diǎn)，合計(jì) 204 個(gè)點(diǎn)；澆筑體表層、底層 2 個(gè)測(cè)點(diǎn)距混凝土表面各 150 mm，中部距離為 500 mm/550 mm，如圖3 所示。監(jiān)測(cè)的頻率為每半小時(shí)記錄一次數(shù)據(jù)，每≤8 h 提交一次匯總性報(bào)表。

圖3 底板測(cè)溫點(diǎn)平立面布置圖（單位：mm）

3.2 蓄水養(yǎng)護(hù)

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(jù)澆筑順序和時(shí)間差劃分四個(gè)養(yǎng)護(hù)分區(qū)，先行澆筑完成部位先行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)分區(qū)采用砌體分隔墻，如圖4 所示。

圖4 塔樓底板養(yǎng)護(hù)分區(qū)現(xiàn)場(chǎng)圖

2）表層混凝土終凝后開始分區(qū)養(yǎng)護(hù)，根據(jù)方案內(nèi)的絕熱溫升計(jì)算確定兩個(gè)階段水體保溫層厚度，首先在混凝土表面鋪設(shè)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(qū)的第一階段蓄水養(yǎng)護(hù)工作。采集并分析混凝土測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)和溫升曲線，逐步蓄水至預(yù)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(qū)的第二階段蓄水養(yǎng)護(hù)工作。

3）根據(jù)混凝土測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，確定降溫曲線和趨勢(shì)，降溫達(dá)到預(yù)定溫度值后，綜合混凝土養(yǎng)護(hù)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(yǎng)護(hù)。

4 溫度數(shù)據(jù)

本項(xiàng)目大底板混凝土澆筑時(shí)間為 2021 年 5 月 31 日晚上 7 點(diǎn) 54 分～2021 年 6 月 3 日早上 8 點(diǎn) 05 分，歷時(shí) 60.18 h。溫度曲線圖內(nèi)坐標(biāo)原點(diǎn)取時(shí)間 0 h 為混凝土澆筑至底部 12# 測(cè)溫點(diǎn)位的開始時(shí)間，及混凝土最初測(cè)得入模溫度的開始時(shí)間。測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)自測(cè)得溫度開始至 15 d（360 h）截止，數(shù)據(jù)選取正中央最具代表性的 A13 點(diǎn)進(jìn)行分析。

根據(jù)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(zhuǎn)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(cè)溫點(diǎn)自動(dòng)感應(yīng)，因大體積混凝土初終凝時(shí)間長(zhǎng)，混凝土約 20 h 后開始水化，中心2 300～3 900 mm 范圍內(nèi)（5、6、7、8# 四點(diǎn)）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(dá)到溫升峰值，但溫度仍呈現(xiàn)輕微上升趨勢(shì)約 2 ℃，如圖5 所示。

圖5 5、6、7、8# 測(cè)溫點(diǎn)溫度曲線圖

上部 0～1 750 mm（1、2、3、4# 四點(diǎn)）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(dá)到混凝土的溫升峰值。下部 4 450～6 100 mm（9、10、11、12# 四點(diǎn)）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(dá)到混凝土的溫升峰值，如圖6所示。

圖6 其他測(cè)溫點(diǎn)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(cè)溫點(diǎn)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(xiàng)目底板厚度達(dá) 6.1 m，局部達(dá) 6.9 m，里表溫差點(diǎn)位距離 3.4 m，完全區(qū)別于傳統(tǒng)的大體積混凝土。對(duì)里表溫差重新進(jìn)行分析，根據(jù)規(guī)范要求布置的每 500 mm 一個(gè)點(diǎn)位測(cè)得層間溫差如表3 所示。

表3 500 mm 層間最大溫差數(shù)據(jù)表

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

表4 混凝土降溫速率數(shù)據(jù)表

4.3 上部混凝土與蓄水層溫度曲線分析

現(xiàn)場(chǎng)蓄水養(yǎng)護(hù)從表層混凝土終凝后開始，時(shí)間為第 75 h，自然水溫測(cè)得為 23.6～24.9 ℃，水體開始養(yǎng)護(hù)后，水溫急速上升至約 30 ℃，隨著混凝土的持續(xù)放熱，水溫穩(wěn)定在 32.2～36.2 ℃，如圖8 所示，恒溫、恒濕的養(yǎng)護(hù)層有效保障了混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

圖8 1、2、3 # 水體測(cè)溫點(diǎn)溫度曲線圖

混凝土表面溫度1#點(diǎn)位溫升峰值及溫升速率較 2#、3# 點(diǎn)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(fēng)險(xiǎn)。

4.4 表面混凝土與大氣溫度曲線圖

混凝土養(yǎng)護(hù)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(cè)溫點(diǎn)溫度曲線圖

4.5 水與大氣溫度曲線圖

混凝土蓄水層在養(yǎng)護(hù)過程中，受太陽照射影響，水體溫度產(chǎn)生輕微波動(dòng)，波動(dòng)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(diǎn)，可以很好地調(diào)節(jié)環(huán)境溫度變化對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)的不利影響。

圖10 大氣、水體測(cè)溫點(diǎn)溫度曲線圖

5 結(jié)語

1）超厚底板大體積混凝土蓄水養(yǎng)護(hù)溫控指標(biāo)基本滿足規(guī)范給定的數(shù)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(nèi)的水泥在水化過程中，以水作為反應(yīng)物，產(chǎn)生強(qiáng)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(yīng)環(huán)境，起到更好的保濕作用，有效保障混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

3）表層混凝土終凝后開始蓄水養(yǎng)護(hù)，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(yuǎn)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(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)盡量保證養(yǎng)護(hù)環(huán)境的穩(wěn)定和勻質(zhì)性，忌急冷急熱，傳統(tǒng)的覆蓋材料易受大雨，大風(fēng)的影響，影響保溫層的養(yǎng)護(hù)效果。而蓄水層由于其自身比熱容大的特點(diǎn)，可以很好地調(diào)節(jié)環(huán)境溫度變化對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)的不利影響。

6）蓄水保溫層密閉不透風(fēng)，可以完全覆蓋整個(gè)底板面，保溫效果更好。但也會(huì)造成大體積混凝土中心溫度下降慢，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間過長(zhǎng)影響后續(xù)施工的問題。Q