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摘要：大体积混凝土通常广泛应用于高层建筑基础部分的承台、底板、钢筋混凝土墙以及大型设备基础混凝土等工程结构，但是受到混凝土裂缝问题的困扰。本文就高层建筑基础承台大体积混凝土施工裂缝控制进行了探讨，并结合某具体工程实例，从大体积混凝土产生裂缝的主要因素入手，分析了大体积混凝土裂缝的类型及其危害，提出了防止混凝土裂缝的控制措施，旨在为类似工程提供参考。
关键词：高层建筑基础承台；大体积混凝土；裂缝控制
中图分类号： TV543 文献标识码： A 文章编号：
所谓的基础承台，就是在建筑施工中，为了增加承载力，连接主体而在基础弄好后的上面所建的一个平台。随着我国建筑技术的提高，大体积混凝土也逐渐应用于基础承台中，但是大体积混凝土结构会因为水化热等因素而导致产生混凝土结构裂缝，破坏了混凝土结构的整体性和美观性，甚至会威胁结构的安全性。因此，做好大体积混凝土裂缝控制的措施十分重要。
1 基础承台大体积混凝土施工案例
某建筑工程片筏基础承台长30.3m，宽20.6m，高1.7～2.1m，应建设单位与监理单位要求按大体积混凝土施工方案实施浇筑。
2工地大体积混凝土的定义
根据JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》，大体积混凝土定义为：混凝土结构物实体最小尺寸大于或等于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。
3 大体积混凝土产生裂缝的主要因素
(1)水泥水化热的影响。水泥在水化过程中会释放出热量，大体积混凝土结构体积较大，表面系数相对较小，混凝土内部的水化热无法及时散发，内部温升(约50℃(冬)至70℃(夏))，随着内外温差增大，混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过极限抗拉强度时混凝土表面产生裂缝。
(2)混凝土收缩变形的影响。当混凝土降温时，由于逐渐散热而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌和水的水化和蒸发，以及胶质体的胶凝作用，促使混凝土硬化时收缩。如果收缩产生的收缩应力(拉应力)超过混凝土的极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝，这种裂缝有时会贯穿全断面，成为结构性裂缝，带来严重的危害。
(3)外界气温的影响。混凝土具有热胀冷缩性质，若施工期间气温骤降，会增加大体积混凝土结构内外层温差，这对大体积混凝土是极为不利的。当外部环境与内部结构温度发生差异，将促进混凝土发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生温度应力，温差愈大，温度应力也愈大。当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。
4 大体积混凝土浇注的基本措施
(1)原材料质量控制：①水泥的选用。选用低热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)，尽可能在满足强度的前提下减少水泥用量以减少水化热。在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。微膨胀性的水泥在水化膨胀期可产生一定的预压应力，以部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。②混凝土强度选用。避免用高强混凝土，基础混凝土的强度等级宜在C25～C35的范围选用。③配合比的选择。在满足设计要求及施工工艺要求的前提下，应尽量减少水泥用量，以降低混凝土绝热温升。④外加剂的使用。正确合理使用外加剂也是控制温度裂缝的重要措施之一，许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，外加剂的正确合理使用，比单纯地靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济。⑤减水剂。水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水剂可使混凝土用水量减少25%。在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量，可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少收缩变形，提高混凝土密实性和抗碳化性，减少碳化收缩，有利于提高混凝土的抗裂性。⑥膨胀剂。掺入适量的膨胀剂，能有效控制一部分砼的收縮开裂。膨胀剂品种大致有UEA、ZY、SY、CAS、HCAS等，其在混凝土中产生的预压应力可大致抵消砼硬化过程中因收缩产生的拉应力，从而提高混凝土的抗裂性。⑦粉煤灰。适当掺用粉煤灰，可提高混凝土的耐久性、抗渗性、减少收缩，降低水化热，提高混凝土强度等。⑧混凝土原材料的预冷却。为了降低大体积混凝土内部的温度，减少混凝土内外温差，可以对混凝土原料进行预冷却，将混凝土内外温差变化控制在允许范围，提高混凝土的抗裂性。通常采用冷却拌和水法与预冷骨料法。
(2)施工工艺控制措施：①降低核心部分混凝土温度。大体积混凝土施工时内部预留孔道，使用循环冷水或冷气冷却以控制水化热，确保混凝土中心与表面的最大温差不高于25℃。②采取二次投料法，二次振捣法，加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。对大型设备基础可采用分块分层浇筑(每层间隔时间5～7d)，分块厚度为1.0～1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
(3)常用的大体程混凝土浇筑的三种方法。①全面分层：结构的平面尺寸不大时，可以在整个模板内全面分层，第二层要在第一层混凝土初凝之前，全部浇筑振捣完毕(如图1)。②分段分层：结构平面面积较大时，可以从混凝土底层开始浇筑，进行一定距离后就回头浇第二层，第一层末端的混凝土还未初凝，又可从第二层依次分层浇筑。适于采用分段分层法(如图2)。③斜面分层：当结构的长度大大超过厚度三倍时，从浇筑层斜面的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土的浇筑质量(如图3)。
图1 全面分层施工
图2 分段分层施工
图3 斜面分层施工
(4)合理的养护措施：养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。混凝土养护有两个目的：一是创造使水泥得以充分水化的条件，加速混凝土硬化；二是防止混凝土成型后因日晒、风吹、干燥、寒冷等自然因素的影响而出现超出正常范围的收缩、裂缝及破坏等现象。
(5)加强检测的技术管理。除了对商品混凝土的原料、用量进行检测与监控外，还要及时准确地进行温度观测。应在基础内埋设测温点，深度分别设在板中及距表面10cm处，分别测量中心最高温度和表面温度，测温管均露出混凝土表面12cm。测温工作在混凝土浇筑完毕后开始进行，应有专人负责记录，画图表反映承台中心温度变化规律。一旦内外温差超过25℃，应立即调整保温措施，加盖麻袋、薄膜。
5 基础承台大体积混凝土施工案例
(1)混凝土配合比的确定。根据工程具体情况，与设计单位、商品混凝土供货商协商后决定不采用泵送而采用塔吊运输，通过实验室试配确定了混凝土配合比，按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关技术要求进行设计。混凝土塌落度控制在5～8cm之间；C35，PS8混凝土配合比(kg/m3)为：水泥砂子石子:水=330:771:1087:163；掺合料(kg/m3)；水灰比0.48，砂率40%。
(2)浇注前准备工作。①在工期允许的情况下，选择阴雨天气进行浇筑。②设置合理的商混车交通路线，减少混凝土的转运时间，给泵车及混凝土车候车区搭遮阴网、在混凝土泵管上覆盖湿麻袋等辅助措施来降低砼浇注温度。③施工段的划分及浇筑顺序：由于基础底板尺寸不大，因此基础底板为一个自然施工段。混凝土的浇筑顺序由东向西依次浇筑。基础底板外侧四周砌筑240厚砖墙，然后水泥砂浆找平层，采用丙纶布防水卷材，在防水层上抹1:2水泥砂浆4d后作外侧模板。
(3)现场浇筑。混凝土浇筑不采用泵送而采用塔吊运输，采用斜面一次浇筑，分层厚度为40cm左右，在斜面下层混凝土未初凝时(初凝时间为3h左右)进行上层混凝土浇筑，在不同部位用3台振动棒分上、中、下3个层次，采用循环推进、一次到顶的办法，以清除冷凝，增强混凝土的密实性。商品混凝土的水泥浆较厚，在浇捣后要进行处理，先按设计标高用长刮尺刮平，然后再初凝前用滚筒碾压数遍，再进行二次抹面，提高混凝土表层密度，消除收缩裂缝。
(4)混凝土养护。①混凝土浇筑及二次抹面压实后应立即覆盖保温，先在混凝土表面覆盖二层草席，然后在上面覆一层塑料薄膜。②新浇筑的混凝土水化速度比较快，盖上塑料薄膜后可进行保温保养，防止混凝土表面因脱水而产生干缩裂缝，同时可避免草席因吸水受潮而降低保温性能。③柱、墙插筋部位是保温的难点，要特别注意盖严，防止造成温差较大或受冻。④停止测温的部位经技术部门和项目技术负责人同意后，可将保温层及塑料薄膜逐层掀掉，使混凝土散热。
根据计算混凝土内部最高温度47℃，内外温差有可能超过25℃。因而混凝土浇筑后，采取有效的外部保温法，目的是减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝，同时延长散热时间。
(5)混凝土测温。①主要测试仪表。铜－康铜热电偶。全自动微机温度数据采集仪及打印设备。标准水银温度计(0.1℃分度)。②主要监测参数。混凝土内部温度。保温层温度。环境温度。③温度测点布置。在7#～10#楼基础筏板内共竖直埋设28根测杆，其中测杆A7～H7，A10～H10均埋设在1.7m厚区域，每根测杆沿筏板厚度方向设置3个测点，测杆A8～F8、A9～F9均埋设在2.1m厚区域，每根测杆沿筏板厚度方向设置5个测点，共计108个内部温度测点。同时，在筏板外部设置环境温度等辅助测点计12个。总计120个工作测点。另设120个备用测点。所有测点都通过热电偶补偿導线，与设置在测试房的微机数据采集仪相连接，监测数据由采集仪处理后自动打印输出。④温度监测步骤与控制方法。从混凝土开始浇筑起，同步进行混凝土温度测试，每天24h不间断监测。在混凝土升、降温过程中，控制混凝土内表温差Δt≤25℃。当监测数据显示混凝土内表温差接近25℃并有继续上升的趋势时，及时向施工方提出警报，并向其提供温控建议。温度监测工作需持续至混凝土内部温度稳定缓慢下降且在自然状态下混凝土内表温差Δt≤25℃为止。底板混凝土浇筑时间为福州地区热冷交替频繁的3月，气温大约15～25℃，为了避开日最高气温，选择在气温相对较低的浇筑当日19:00～第二日的6:00进行施工，避免水、水泥、砂子、石子及混合料被暴晒，造成其本身温度升高，降低混凝土的入模温度。⑤大体积混凝土基础承台温控效果。由于该工程在测温方面，使用了先进的全自动微机温度数据采集系统，保证了监测的可靠性、及时性。片筏基础承台，虽浇注混凝土体积相当大，但因及时采取了科学、合理的温控措施，内外温差仅为15℃，确保了温度控制在小于25℃目标值之内，从根本上避免了裂缝、裂隙的发生。
6 结语
综上所述，对大体积混凝土裂缝的控制不是一项简单的工作，它涉及到结构计算、构造设计、材料组成及其物理力学性能以及施工工艺等多方面的学科知识，因此，做好此项工作必须严格认真。相关单位部门需要严格控制各方面的质量，也要协同配合，只有这样才能确保大体积混凝土的总体工程质量，真正做到防治大体积混凝土结构裂缝的产生，从而确保大体积混凝土结构的安全和质量。
参考文献
[1]刘浩云.承台大体积混凝土的裂缝防治探讨[J].城市建设理论研究.2012（36）.
[2]李子刚.高层建筑大体积混凝土基础承台施工[J].广东建材.2005（10）.
关键词：高层建筑基础承台；大体积混凝土；裂缝控制
中图分类号： TV543 文献标识码： A 文章编号：
所谓的基础承台，就是在建筑施工中，为了增加承载力，连接主体而在基础弄好后的上面所建的一个平台。随着我国建筑技术的提高，大体积混凝土也逐渐应用于基础承台中，但是大体积混凝土结构会因为水化热等因素而导致产生混凝土结构裂缝，破坏了混凝土结构的整体性和美观性，甚至会威胁结构的安全性。因此，做好大体积混凝土裂缝控制的措施十分重要。
1 基础承台大体积混凝土施工案例
某建筑工程片筏基础承台长30.3m，宽20.6m，高1.7～2.1m，应建设单位与监理单位要求按大体积混凝土施工方案实施浇筑。
2工地大体积混凝土的定义
根据JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》，大体积混凝土定义为：混凝土结构物实体最小尺寸大于或等于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。
3 大体积混凝土产生裂缝的主要因素
(1)水泥水化热的影响。水泥在水化过程中会释放出热量，大体积混凝土结构体积较大，表面系数相对较小，混凝土内部的水化热无法及时散发，内部温升(约50℃(冬)至70℃(夏))，随着内外温差增大，混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过极限抗拉强度时混凝土表面产生裂缝。
(2)混凝土收缩变形的影响。当混凝土降温时，由于逐渐散热而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌和水的水化和蒸发，以及胶质体的胶凝作用，促使混凝土硬化时收缩。如果收缩产生的收缩应力(拉应力)超过混凝土的极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝，这种裂缝有时会贯穿全断面，成为结构性裂缝，带来严重的危害。
(3)外界气温的影响。混凝土具有热胀冷缩性质，若施工期间气温骤降，会增加大体积混凝土结构内外层温差，这对大体积混凝土是极为不利的。当外部环境与内部结构温度发生差异，将促进混凝土发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生温度应力，温差愈大，温度应力也愈大。当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。
4 大体积混凝土浇注的基本措施
(1)原材料质量控制：①水泥的选用。选用低热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)，尽可能在满足强度的前提下减少水泥用量以减少水化热。在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。微膨胀性的水泥在水化膨胀期可产生一定的预压应力，以部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。②混凝土强度选用。避免用高强混凝土，基础混凝土的强度等级宜在C25～C35的范围选用。③配合比的选择。在满足设计要求及施工工艺要求的前提下，应尽量减少水泥用量，以降低混凝土绝热温升。④外加剂的使用。正确合理使用外加剂也是控制温度裂缝的重要措施之一，许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，外加剂的正确合理使用，比单纯地靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济。⑤减水剂。水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水剂可使混凝土用水量减少25%。在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量，可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少收缩变形，提高混凝土密实性和抗碳化性，减少碳化收缩，有利于提高混凝土的抗裂性。⑥膨胀剂。掺入适量的膨胀剂，能有效控制一部分砼的收縮开裂。膨胀剂品种大致有UEA、ZY、SY、CAS、HCAS等，其在混凝土中产生的预压应力可大致抵消砼硬化过程中因收缩产生的拉应力，从而提高混凝土的抗裂性。⑦粉煤灰。适当掺用粉煤灰，可提高混凝土的耐久性、抗渗性、减少收缩，降低水化热，提高混凝土强度等。⑧混凝土原材料的预冷却。为了降低大体积混凝土内部的温度，减少混凝土内外温差，可以对混凝土原料进行预冷却，将混凝土内外温差变化控制在允许范围，提高混凝土的抗裂性。通常采用冷却拌和水法与预冷骨料法。
(2)施工工艺控制措施：①降低核心部分混凝土温度。大体积混凝土施工时内部预留孔道，使用循环冷水或冷气冷却以控制水化热，确保混凝土中心与表面的最大温差不高于25℃。②采取二次投料法，二次振捣法，加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。对大型设备基础可采用分块分层浇筑(每层间隔时间5～7d)，分块厚度为1.0～1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
(3)常用的大体程混凝土浇筑的三种方法。①全面分层：结构的平面尺寸不大时，可以在整个模板内全面分层，第二层要在第一层混凝土初凝之前，全部浇筑振捣完毕(如图1)。②分段分层：结构平面面积较大时，可以从混凝土底层开始浇筑，进行一定距离后就回头浇第二层，第一层末端的混凝土还未初凝，又可从第二层依次分层浇筑。适于采用分段分层法(如图2)。③斜面分层：当结构的长度大大超过厚度三倍时，从浇筑层斜面的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土的浇筑质量(如图3)。
图1 全面分层施工
图2 分段分层施工
图3 斜面分层施工
(4)合理的养护措施：养护是大体积混凝土施工中一项十分关键的工作。混凝土养护有两个目的：一是创造使水泥得以充分水化的条件，加速混凝土硬化；二是防止混凝土成型后因日晒、风吹、干燥、寒冷等自然因素的影响而出现超出正常范围的收缩、裂缝及破坏等现象。
(5)加强检测的技术管理。除了对商品混凝土的原料、用量进行检测与监控外，还要及时准确地进行温度观测。应在基础内埋设测温点，深度分别设在板中及距表面10cm处，分别测量中心最高温度和表面温度，测温管均露出混凝土表面12cm。测温工作在混凝土浇筑完毕后开始进行，应有专人负责记录，画图表反映承台中心温度变化规律。一旦内外温差超过25℃，应立即调整保温措施，加盖麻袋、薄膜。
5 基础承台大体积混凝土施工案例
(1)混凝土配合比的确定。根据工程具体情况，与设计单位、商品混凝土供货商协商后决定不采用泵送而采用塔吊运输，通过实验室试配确定了混凝土配合比，按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关技术要求进行设计。混凝土塌落度控制在5～8cm之间；C35，PS8混凝土配合比(kg/m3)为：水泥砂子石子:水=330:771:1087:163；掺合料(kg/m3)；水灰比0.48，砂率40%。
(2)浇注前准备工作。①在工期允许的情况下，选择阴雨天气进行浇筑。②设置合理的商混车交通路线，减少混凝土的转运时间，给泵车及混凝土车候车区搭遮阴网、在混凝土泵管上覆盖湿麻袋等辅助措施来降低砼浇注温度。③施工段的划分及浇筑顺序：由于基础底板尺寸不大，因此基础底板为一个自然施工段。混凝土的浇筑顺序由东向西依次浇筑。基础底板外侧四周砌筑240厚砖墙，然后水泥砂浆找平层，采用丙纶布防水卷材，在防水层上抹1:2水泥砂浆4d后作外侧模板。
(3)现场浇筑。混凝土浇筑不采用泵送而采用塔吊运输，采用斜面一次浇筑，分层厚度为40cm左右，在斜面下层混凝土未初凝时(初凝时间为3h左右)进行上层混凝土浇筑，在不同部位用3台振动棒分上、中、下3个层次，采用循环推进、一次到顶的办法，以清除冷凝，增强混凝土的密实性。商品混凝土的水泥浆较厚，在浇捣后要进行处理，先按设计标高用长刮尺刮平，然后再初凝前用滚筒碾压数遍，再进行二次抹面，提高混凝土表层密度，消除收缩裂缝。
(4)混凝土养护。①混凝土浇筑及二次抹面压实后应立即覆盖保温，先在混凝土表面覆盖二层草席，然后在上面覆一层塑料薄膜。②新浇筑的混凝土水化速度比较快，盖上塑料薄膜后可进行保温保养，防止混凝土表面因脱水而产生干缩裂缝，同时可避免草席因吸水受潮而降低保温性能。③柱、墙插筋部位是保温的难点，要特别注意盖严，防止造成温差较大或受冻。④停止测温的部位经技术部门和项目技术负责人同意后，可将保温层及塑料薄膜逐层掀掉，使混凝土散热。
根据计算混凝土内部最高温度47℃，内外温差有可能超过25℃。因而混凝土浇筑后，采取有效的外部保温法，目的是减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝，同时延长散热时间。
(5)混凝土测温。①主要测试仪表。铜－康铜热电偶。全自动微机温度数据采集仪及打印设备。标准水银温度计(0.1℃分度)。②主要监测参数。混凝土内部温度。保温层温度。环境温度。③温度测点布置。在7#～10#楼基础筏板内共竖直埋设28根测杆，其中测杆A7～H7，A10～H10均埋设在1.7m厚区域，每根测杆沿筏板厚度方向设置3个测点，测杆A8～F8、A9～F9均埋设在2.1m厚区域，每根测杆沿筏板厚度方向设置5个测点，共计108个内部温度测点。同时，在筏板外部设置环境温度等辅助测点计12个。总计120个工作测点。另设120个备用测点。所有测点都通过热电偶补偿導线，与设置在测试房的微机数据采集仪相连接，监测数据由采集仪处理后自动打印输出。④温度监测步骤与控制方法。从混凝土开始浇筑起，同步进行混凝土温度测试，每天24h不间断监测。在混凝土升、降温过程中，控制混凝土内表温差Δt≤25℃。当监测数据显示混凝土内表温差接近25℃并有继续上升的趋势时，及时向施工方提出警报，并向其提供温控建议。温度监测工作需持续至混凝土内部温度稳定缓慢下降且在自然状态下混凝土内表温差Δt≤25℃为止。底板混凝土浇筑时间为福州地区热冷交替频繁的3月，气温大约15～25℃，为了避开日最高气温，选择在气温相对较低的浇筑当日19:00～第二日的6:00进行施工，避免水、水泥、砂子、石子及混合料被暴晒，造成其本身温度升高，降低混凝土的入模温度。⑤大体积混凝土基础承台温控效果。由于该工程在测温方面，使用了先进的全自动微机温度数据采集系统，保证了监测的可靠性、及时性。片筏基础承台，虽浇注混凝土体积相当大，但因及时采取了科学、合理的温控措施，内外温差仅为15℃，确保了温度控制在小于25℃目标值之内，从根本上避免了裂缝、裂隙的发生。
6 结语
综上所述，对大体积混凝土裂缝的控制不是一项简单的工作，它涉及到结构计算、构造设计、材料组成及其物理力学性能以及施工工艺等多方面的学科知识，因此，做好此项工作必须严格认真。相关单位部门需要严格控制各方面的质量，也要协同配合，只有这样才能确保大体积混凝土的总体工程质量，真正做到防治大体积混凝土结构裂缝的产生，从而确保大体积混凝土结构的安全和质量。
参考文献
[1]刘浩云.承台大体积混凝土的裂缝防治探讨[J].城市建设理论研究.2012（36）.
[2]李子刚.高层建筑大体积混凝土基础承台施工[J].广东建材.2005（10）.