上海同维建材科技有限公司 200131
摘要：按国家规范规定，作为大体积构筑物的基础底板，其自身构造尺寸一般都宽且厚，体积较大；加之工程施工现场环境复杂，各专业交叉进行，施工控制难度大，另一方面水泥水化热较大，所以必须采取必要的防止混凝土开裂措施。本篇文章以上海轨道交通18号线江浦路车站项目为例，结合了实际工程中遇到的问题，对混凝土防裂技术措施应用方面进行了分析和研究，针对基础底板混凝土结构及其施工环境特点，通过对混凝土工作性能及引起开裂的原因分析，从混凝土所用材料（粉料、粗细集料）、施工作业方案及相关工艺等方面着手，制定了有效的技术解决方案，并在设计、施工等单位的配合下进行了有效实施，彻底解决了底板混凝土开裂、表观质量差、强度偏低等问题，确保了实体工程的质量。相关的研究成果可为类似工程项目提供借鉴经验。
关键词：大体积基础底板；混凝土；防裂技术；强度；开裂；技术措施；江浦路站
引言
大体积基础底板混凝土较容易产生裂缝，裂缝的深度、形状和所出现结构部位的不同，其危害程度也不尽相同，所以对于大体积混凝土裂缝防治的研究具有较重大的实际指导意义，不仅能满足大体积混凝土施工质量的需求，也能给建设工程项目带来经济效益。
大体积基础底板混凝土浇筑，大多采用较大流动度混凝土和利用泵送设备进行施工，大流动性混凝土的特点是配合比中：水泥用量大、水胶比高、细集料用量大等，使得混凝土裂缝防治的难度大大增加，再加上大体积混凝土温度应力普遍较大，极易导致混凝土开裂，因此开展对防止开裂的技术措施研究便变得尤其重要。
上海轨道交通18号线15标江浦路车站底板混凝土在施工中，对混凝土出现的开裂、表观质量差、强度偏低等问题，从原材料选择、配合比设计、混凝土专项施工方案的编制实施、成型混凝土的养护、现场作业人员进行技术交底等方面着手，通过过程实施与控制，在混凝土防裂、改善混凝土质量方面，取得了良好效果。
1.上海轨道交通18号线江浦路车站项目概况和结构底板特点
1.1 18号线江浦路车站项目概况
上海轨道交通18号线15标江浦路站主体结构采取明挖段及暗挖段施工，在工程施工过程中，江浦路站主体结构距离西侧新华医院最近处仅3米，且施工场地狭小，受控江路管线及运营8号线地铁的影响，2处车站主体结构及2处附属结构采用冻结暗挖工艺施工，车站主体结构冻结暗挖断面宽23米，高13米，是目前国内最大冻结暗挖工程。在浇筑混凝土方面，因该车站周边环境复杂、施工场地狭窄、建（构）筑物距离结构较近、地下管线种类繁多，且混凝土需要现场泵送浇筑，混凝土施工不当就会对结构的表观及长期性能造成较大影响，必须编制混凝土专项施工技术方案，严格对混凝土的质量进行控制。项目特点如下：
（1）场地小：施工现场场地小，材料摆放、机械作业、交通运输等统筹协调困难；
（2）为减少施工对交通及居民的影响，江浦路车站施工共需要交通翻交22次；
（3）安全质量风险点多：车站主体结构冻结暗挖、明挖基坑等均属于专家评审的危大工程；结构底板为大体积混凝土工程，是关键分部分项工程，如质量验收不通过，不得进入下一道工序施工，所以需采取必要措施确保结构底板混凝土的施工质量。
1.2江浦路车站项目结构底板特点
工程在2019年7月份开始施工，工程区历史年平均气温为29.5℃，混凝土属于高温季节施工，因此对混凝土的内部温升控制存在很大难度，从而加大了裂缝的控制难度，对混凝土的质量控制要求较高，必须对混凝土采用有效的防裂技术措施。
本工程结构底板厚1000mm，工程施工时正值夏季，室外温度26-38℃，采用C40钢筋混凝土结构，混凝土浇筑方量约为3800m³，属于典型的大体积混凝土施工。在首块基础底板（约为400m³）浇筑完成后，对发现的问题：底板大面积出现裂缝、局部开裂严重，我方组织了设计、施工、商品混凝土供应等单位，进行了专项会议，我们结合了项目结构形式特点，根据实际施工环境情况，分析可能引起混凝土开裂的原因，并提出了防治开裂控制的重难点，制定了综合防止混凝土开裂的措施，并在混凝土浇筑过程中加强现场施工管理，将防裂措施逐项落实，最终取得了良好的控制效果。
2.大体积混凝土裂缝原因分析
2.1 温差裂缝
引起混凝土开裂主要是由于大体积混凝土内部与表面、表面及环境温差过大而导致，导致这种原因出现的主要因素是水泥水化热，这种热量容易诱发内外温差过大的情况。大体积混凝土随着水泥的水化过程伴随着温度、湿度的共同变化，并且热交换与湿度交换也同时发生，由温度作用引起的温度收缩和由湿度作用引起的湿度收缩是同时发生的，两者相互交织共同作用。
2.2 收缩产生的裂缝
混凝土是多种材料组成的非均质性混合料，其硬化过程中的含水量变化、温度变化都会引起不均匀的体积变形形成裂缝，其在环境中硬结时其体积减小的过程称为混凝土收缩，在受到外部约束时，将在混凝土内部产生较大的拉应力，使得混凝土开裂破坏。混凝土硬化过程中的体积变形一般可以分为两种：一是混凝土硬化前的塑性收缩，另一种是凝结过程中水化热形成的温升引起的体积变形。
2.3 施工中造成的裂缝
2.3.1 原材料方面
1）水泥种类及强度等级选用不当、水泥储存放置的时间过长、非正常膨胀、水化热过高。
2）粗细集料级配不良、含泥量大、粗集料表面含碱；掺合料比例过小、细度未达标。
3）减水剂品种、掺量选择不当、与水泥等胶凝材料相容性不好。
4）水胶比过大、砂石比例不合理、矿物掺合料掺配比例选择不当。
2.3.2 施工控制方面
1）混凝土拌制均质性差，拌合均匀性差、现场存在加水现象。
2）混凝土浇筑不连续、浇筑的程序安排不合理。
3）混凝土入模速度太快、摊铺没有进行分层作业，振捣工艺存在不足、施工缝的布置及处置不当。
4）养护不及时，没有进行100%保湿养护、水分散失过快，没有及时补充。
2.3.3 设计方面
存在结构断面突变、钢筋率不合理、未充分考虑混凝土的收缩变形、混凝土强度等级不合理、外界荷载等因素。
3.18号线江浦路车站结构底板混凝土防裂技术措施
3.1 采用机械化进行作业，提高混凝土和易性
1）由原来的一家商品混凝土厂调整为由两家商品混凝土厂进行供应，现场设3台混凝土输送泵，以保证混凝土的和易性和连续性。
2）结构底板采用胎带机入仓，减少了人工工作量，提高浇筑效率，更好的保障了混凝土的和易性。
3）混凝土厂站配置专职检验人员，及时根据粗细集料的含水率、含泥量变化，进行配合比的微调，确保出厂的质量，控制混凝土坍落度在16±2cm范围内，对防治混凝土的开裂比较有利。
4）现场混凝土振捣配备专门作业队进行，从分层浇筑、有序振捣都能做到较仔细的施工，保证混凝土内实外光。结合现场施工环境和底板结构特点，在浇筑时按施工混凝土自然流动度，采取由西向东，坡面分层、薄层覆盖、循序渐进、一次完成的方法施工，分层厚度在500mm以下。
混凝土浇捣过程中，控制大底板混凝土的初凝时间>8h；混凝土上下层覆盖时间的间隔不大于1.5h，混凝土从商品混凝土站出来后在3h内必须入模。混凝土振捣时应根据混凝土泵送时自然形成的斜度的情况，在浇筑带布置4道振动器，分别解决上部的振实及确保下部混凝土密室。每层振捣时，上下层振捣搭接40~90mm，每个点的振捣时间45s左右，确保振捣效果。
5）需注意的是，在振捣结束后，在混凝土初凝之前进行第二次抹面，目的是使混凝土表面密实，防止因水分的散失引起干燥收缩裂缝。
3.2 提高混凝土的抗裂能力
3.2.1 选用水化热较低普通硅酸盐水泥
水泥强度等级为42.5级，同水泥标号水化热检测结果见表1；在水泥化学成分控制方面，应选择MgO含量较高，碱含量和烧失量低的水泥，目的是使水泥本身具有一定的抗收缩补偿特性，实际测验下来，所选用的海螺牌P.O42.5级水泥MgO含量2.9%，满足使用要求。
表1 同水泥标号水化热检测结果（单位J/g）
3.2.2 选用高性能聚羧酸缓释型减水剂
针对基础底板混凝土坍落度及和易性的要求，通过试验确定了符合性能要求的某厂家的高性能聚羧酸缓释型减水剂，一方面通过该减水剂的高减水作用，大幅度的降低混凝土单方用水量：在保持水胶比不变的基础上，（水胶比表达式为W/C，用水量W降低了，保持两者比值不变情况下，水泥用量C也相应降低）从而降低了水泥用量；经试验测试按水泥用量减少15kg，混凝土温度上升值就会降低2℃，两者之间呈现线性关系，减少配合比中水泥的用量可以作为一种控制升温应力的措施，且越是大体积混凝土带来的成效越明显。
另一方面，由于该类减水剂具有缓释作用，可以延缓水泥水化进程，从而对水泥水化热发热峰值出现的时间有所延缓，这样有利混凝土的均匀散热，对温度应力带来的开裂起到了一定的抑制作用。
3.2.3 掺加优质矿物掺合料，如粉煤灰、矿粉等
可以采用外掺或内掺方法，目的是降低水泥用量，因为矿物掺合料作为活性材料，虽然也释放一定量的水化热，但相比水泥，掺合料能减少混凝土因温度应力带来的裂缝。
通过实验，确定了基础底板混凝土施工配合比矿物掺合料综合掺量不超过总粉料的35%，最终从原配合比的18%增加至31%，实测胶凝材料水化热7天降低到228 J/g，满足本项目底板混凝土施工水化热控制要求。
3.2.4 添加长坚-12改性聚丙烯纤维
因为结构底板的面积较大，受到的约束力大，极易产生裂缝，通过添加纤维，增大混凝土抗拉强度，有效防止收缩裂缝的产生。
表2 长坚-12改性聚丙烯纤维技术指标
长坚-12改性聚丙烯纤维是以聚丙烯为主要原材料，经过特殊的改性和表面抗静电处理工艺后加工而成。具有较高的强度、易分散、易施工，不需特殊养护的优点；可用于在水泥混凝土中有效的减少混凝土的爆裂、增强、防止开裂，显著改善混凝土的冲击性能、抗弯折性能，耐久性；并因特殊的截面形状，和混凝土的结合性能好，握裹力强，具有良好的泵送施工性能。其技术指标如表2所示：
3.2.5 选用级配良好且洁净的粗细集料
3.2.5.1粗集料
粗集料宜选用直径为10mm~31.5mm的连续级配，含泥量不应大于1.5%，应选用非碱活性集料，防止发生碱集料反应。
3.2.5.2细集料
细集料宜选用中河砂，细度模数控制在2.5~2.8之间，含泥量不应大于3.0%。严禁使用海砂。
3.2.5.3集料级配设计
经过试验选用了最优砂率和最佳粗集料级配组合比例，使混凝土达到均与密实、具有良好和易性状态；砂子细度模数在2.8时，取最优砂率43%；大小石子比例65：35。同时在浇筑混凝土前用冷水对砂石进行降温。
3.2.6配合设计
进行不同材料用量比例下的底板混凝土施工配合比设计，最终确定了该基础底板C40混凝土最优配合比如表3所示：
表3 该基础底板C40混凝土最优配合比（单位：kg /m³）
从配合比试验的结果可以看出，混凝土的和易性得到了很大的改善，抗拉强度和抗弯曲韧性等都有明显提高，大大的改善了混凝土的抗开裂性能。
3.3保湿、保温养护
3.3.1洒水养护
混凝土浇筑完成后，须进行洒水养护，保证100%湿养护，一方面减少内外部温差，另一方面也能防止产生干燥收缩裂缝，促进混凝土抗拉强度的增长，提高抗开裂能力；浇筑完成后15至20小时内应马上开始养护工序，连续洒水养护时间不少于14天。
3.3.2保温养护
在浇筑混凝土前，预先埋设循环水管进行冷却，采用循环法保温养护，加快混凝土内部热量的散发，降低其内部温度，控制混凝土内外温差在25℃以下。在混凝土初凝后立即进行养护，本工程采用了混凝土养护膜进行覆盖养护，如此不仅能降低其内外温差，防治表面裂缝，还能控制混凝土骤然降温产生贯穿性裂缝。
4.结论与展望
本文上述防治措施在底板混凝土浇筑过程中得到有效的实施和控制，特别是混凝土原材料、配合比及内外温差的控制，混凝土的均质性得到了保障，自身抗裂能力提高；混凝土专项施工技术方案、保温、保湿等养护措施的实施，都为有效控制底板混凝土的开裂产生了积极的作用，保证了底板的施工质量；通过以上的防控措施，本工程结构底板的施工取得了良好的效果，在结构底板混凝土浇筑完毕至今未出现有害裂缝，外观及强度满足设计的要求。本次针对结构底板的防裂技术措施研究成果可为相关应用与研究提供参考。
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