大体积混凝土技术方案汇景20页文档格式.docx
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通过联想，幼儿能够生动形象地描述观察对象。
底
板
温
度
控
制
方
案
2019-12-12
一基础底板混凝土控温的目的
基础底板的混凝土结构特点为：
（1）基础底板的混凝土结构长度一般很长，属于超长混凝土的范围，厚度远较其长度和宽度要小的多；
达不到传统大体积混凝土的要求，应归入中体积混凝土的范围，但在实际设计中还是按照大体积混凝土来设计计算控制裂缝；
（2）混凝土设计强度较高，单方水泥用量较多，水化热引起的混凝土内部温度较一般的混凝土要大的多；
（3）基础埋置于地下或半地下，虽受外界温度变化的影响较小，但抗渗性能要求高；
（4）混凝土结构中通常是配筋的，计算中一般要考虑配筋对混凝土结构抗裂性能的影响；
在施工过程中，大体积混凝土由于内外温差大，一般会产生很大的温度应力，超过混凝士的抗拉极限而开裂。
同样，混凝土的干湿收缩也会产生很大的收缩应力而使得混凝土开裂。
一般而言，大部分的混凝土裂缝都是由温度裂缝和收缩裂缝组成。
另外由于混凝土基础底板相对较薄，在浇筑期间对板进行覆盖，对防止混凝土底板的开裂也是一种有效的措施。
另外控制裂缝的方法也不像坝体混凝土那样采用特殊低热水泥及复杂的冷却系统，而主要靠改进构造设计，合理配筋及改进浇筑，加强养护等方法提高结构的抗裂性能。
为了有效控制基础底板的混凝土结构裂缝的发生，我们建议按照大体积混凝土结构来考虑施工方案。
二、作为混凝土材料供应商，我们将从以下几方面考虑，配合施工单位做好该项目的混凝土浇筑和供应工作。
2.1原材料的选择
2.1.1水泥和用水量的选择
2.1.1.1降低水化热
由于水泥水化热而导致的温度应力是地下室墙板这种大面积混凝土产生裂缝的主要原因。
所以合理利用混凝土原材料，首先应优先使用低热和中低热水泥。
水泥矿物的主要成分为C3S、C2S、C3A和C4AF，放热量和放热速度具有以下顺序：
C3A＞C3S＞C4AF＞C2S。
它们在熟料中的相对含量变化时，水泥性能随之改变。
大体积混凝土若要使用水化热较低的水泥时，则应当适量提高C2S和C4AF的含量，并限制C3A和C3S的含量。
大体积混凝土结构在选用水泥品种时，应综合考虑水化热、强度、坍落度等
因素。
某些水泥的水化热虽然低，但强度也低，在配制混凝土时，需用较多的水
泥，结果混凝土的发热量可能比采用水化热较大、强度较高的水泥时还要大。
目
前在大体积混凝土中应用最多的是矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。
矿渣硅酸盐水泥水化热小，例如42.5#矿渣水泥的最终放热量为355KJ/kg，但早期强度低，干缩性和泌水性大；
普通硅酸盐水泥水化热较大，如42.5#普通硅酸盐水泥最终放热量达420KJ/kg，但具有收缩变形小、快硬、早期弹性模量高等特点。
通常一提降低混凝土发热量的途径，就优先选用水化热低的矿渣水泥，是因为混凝土强度等级多为C25以下。
现在，由于混凝土强度等级的提高，若采用矿渣水泥，水泥需用量较大，其结果是混凝土的绝热温升降低效果不显著，同时，矿渣水泥早期强度低，硬化收缩大，用其拌制的混凝土坍落度损失大，对防止贯穿裂缝极其不利。
而普硅水泥虽然水化热较高，但采用高标号的普硅水泥来配制高强度等级的混凝土，则水泥需用量不大，混凝土的绝热温升反而增加不大，同时，普硅水泥具有早期强度高，硬化收缩小，用其拌制的混凝土坍落度损失小等优点。
在实际工程中，应根据具体情况，结合配合比的设计和采取的温度控制措施，选择综合性能好的水泥品种。
2.1.1.2减少水泥用量
混凝土的强度等级越高，水化热通常也越高，产生裂缝的概率就越高。
在地
下室外墙施工中，除了保证设计要求的条件下尽量降低混凝土的强度等级以减少
水化热外，还应该充分利用混凝土的后期强度。
实验数据表面，水化热与水泥用
量成正比，每立方米的混凝土中水泥用量每增减10kg，水泥水化热使混凝土的温度相应升降1℃。
因此，可通过采取适当的措施减少水泥用量来控制混凝土的温升，降低温度应力，减少混凝土开裂的可能性。
高层建筑的施工工期一般都较长，地下室外墙结构承受的设计荷载要在较长
的时间后才会被施加在其上，所以只要能保证混凝土的强度在28天后能继续增
长，并在预计的时间内达到或超过设计强度即可。
根据结构实际承受荷载情况，
对结构的刚度和强度进行复算并取得设计和质检部门的认可后，可采用f45、f60
或f90替代如作为混凝土设计强度，这样可使每立方米混凝土的水泥用量减少40～70kg/m3左右，混凝土的水化热温升相应减少4～7℃。
合理选择外加剂可间接减少水泥用量。
如在混凝土中掺入高效减水剂可减小混凝土的单位用水量，提高混凝±
的和易性及早期和后期强度，在保证同基准混凝土有相同工作性强度，满足施工需要的前提下，能较高幅度地降低水泥用量，进而降低水化热和减小混凝土的收缩。
优质掺合料可以替换一部分水泥，减少水泥用量，改善混凝土的和易性，增加胶凝物质，降低混凝土的水灰比，使早期水化热明显降低。
实验证明，掺入水泥用量15%的粉煤灰可降低水化热15%左右。
水泥水化热随粉煤灰掺量的增加而降低，但要注意掺量过多会降低混凝土的早期强度，增加混凝土的收缩，所以应通过实验来确定最佳掺量。
2.1.1.3减少用水量
混凝土的单位用水量越多，干缩率越大，一般用水量每增加1%，干缩率可增大2%～3%。
在便于施工操作并保证振捣密实的前提下，混凝土应尽可能取较小的坍落度，减少用水量，并把离析、泌水现象降到最低程度。
2.1.2骨料的选择
选择骨料时应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料，并强调骨料的连续
级配。
采用连续级配的骨料，可以提高骨料在混凝土中所占的体积，大幅度降低水泥用量，从而间接地降低水化热。
而且，用连续级配的粗骨料配制的混凝土具有较好的和易性，可减少用水量，减小收缩。
砂石的含泥量对于混凝土的抗拉强度与收缩都有很大的影响，在某些控制不
是很严格的情况下，浇捣混凝土的过程中会发现有泥块，这会降低混凝土的抗拉
强度，引起结构严重开裂，因此宜严格控制含泥量，通常砂的含泥量应≤2%，碎石的含泥量应≤1%。
在施工中，粗骨料的最大粒径应尽可能的大一些，在发挥水泥有效作用的同
时达到减少收缩的目的。
因为增大粗骨料的粒径，可减少用水量而使混凝土的收
缩和泌水量减小，同时也相应的减少水泥用量，从而减少了水泥的水化热，最终
降低混凝土的温升。
对于地下室外墙大体积混凝土，粗骨料的规格往往与结构的配筋间距、模扳形状以及混凝土浇筑工艺等因素有关。
为了便于捣实，粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，也不得大于钢筋最小净距的3/4。
如果采用泵送混凝土施工，其最大粒径还应符合≤1/3泵管管径的要求。
综合考虑各方面因素，我们选用粗骨料粒径为5-25mm的碎石。
粗骨料的形状和表面特钲对混凝土的强度影响很大。
表面较粗糙的骨料，可使骨料颗粒和水泥石之间形成较大粘结力。
同样，具有较大表面积的角状骨料也会得到较大的粘结强度，但是针片状骨料会影响混凝土的流动性和强度，因此针片状骨料含量不宜大于10%。
粗骨料占混凝土组成比例的绝大部分，因此混凝土热学性能在很大程度上取决于粗骨料的矿物性质，优先选用热学性能好的骨料是混凝土温度控制的基本措施之一。
由于混凝土内各个颗粒接触点的实际应力可能会大大超过所施加的标准压应力，所以要求骨料的强度高于混凝土强度的正常值。
目前，我国各地工程所需的骨科基本上是就地取材的天然骨料，对于天然骨料应按规范要求进行物理力学性能试验，骨料的压碎指标宜控制为≤12%。
在配合比中，砂率过高意味着细骨料多，粗骨料少，水泥浆用量增多，对混
凝土的抗裂不利。
但由于泵送混凝土的输送管道除直管外，还有弯管、软管等，
当混凝土通过弯管时，混凝土颗粒闻的相对位置就会发生变化，此时若混凝土中
的砂浆量不足，就会产生堵管现象，因此，在混凝土的级配中，应当在满足可泵
性的条件下再尽可能地降低砂率。
细骨料应选用石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、具有平滑筛分线的中粗砂，细度模数在2.6～3.2之间。
根据有关实验资料表明，当采用细度模数为2.79、平均粒径为0.38的中粗砂，比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336的细砂，每立方米可减少用水量20～25kg，水泥用量可相应减少28～35kg。
这样就减少了混凝土的温升和收缩。
骨料与水泥石的界面薄弱区，改善界面结构方面：
混凝土中水泥基体与骨料接触而产生的界面是混凝土结构中最薄弱的环节。
界面区的强度与水泥浆的强度、骨料本身的强度、骨料与水化物的粘结力、水化物的凝聚力以及水化物与硬化水泥浆体的结合程度密切相关。
针对界面区形成的主要原因，目前改善界面区微观结构的方法主要有掺入矿物掺合料和改善从骨料表面二种。
其中第一种方法是改进水泥混凝土结构和性能的常用措施，它对硬化浆体和界面区有明显的改善作用。
比如掺加优质粉煤灰，由于其具有良好的减水作用，二次水化反应的胶凝作用，微粒的填充密实和微观级配作用等，可显著改善界面结构。
在施工过程中采用二次振捣可消除混凝土内分层，阻断因泌水而留下的连贯通道，改善界面结构。
2.1.3矿物掺和料的选择
矿物掺和料包括粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石粉等，矿物掺和料的加入可以明
显降低胶结材料的水化热，但是矿物掺和料的种类、数量及掺加方式的不同，水
化热差别很大。
目前，大体积混凝土中最常用也是效果最好的掺合料为粉煤灰和矿渣粉。
粉煤灰是一种由不同化学成分、不同矿物相、形态各异、大小不一的颗粒组
成。
其化学成分主要为A12O3、SiO2、Fe203、CaO、MgO、SO3、Na2O和K2O等，其中（SiO2+A12O3+Fe203）含量一般在75％以上。
粉煤灰是一种具有火山灰活性的材料，它掺到混凝土中，能降低初期水化热，减少于缩，改善新拌混凝土的和易性、呈现出一定的减水作用，增加混凝土的后期强度，并能显著提高混凝土的抗渗性能和耐久性指标。
这些主要是由它具有的三种不同的效应功能，即“活性效应”、“形态效应”、“微集料效应”
所决定的．
1）粉煤灰的“形态效应”和“微集料效应”是水泥颗粒所不具备的特性，其“形态效应”反映在粉煤灰的矿物组成主要是海绵玻璃体和铝硅酸盐玻璃微珠，这些球形玻璃体表面光滑，粒度细、质地致密、内比表面积小，在和高效减水剂的共同作用下，能大大提高混凝土的流动性，改善混凝土的施工性能。
2）粉煤灰的“微集料效应”表现在粉煤灰的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，阻止了水泥的粘聚，有利于混合物的水化反应，因此相应地减少了用水量；
粉煤灰的微细颗粒填充了水泥颗粒之间的缝隙，使混凝土形成微观层次的自紧密体系，改善了混凝土的微观结构，增强了混凝土的致密性，从而提高了混凝土的强度，同时使混凝土不离析泌水，改善了混凝土的粘聚性和可泵性。
3）粉煤灰的“活性效应”也称火山灰效应，粉煤灰中的活性成分SiO2和A12O3
与石灰Ca（OH）2。
发生反应（混凝土中称为“二次反应”），生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，这样就减少或消除了混凝土中薄弱的Ca（OH）2结晶．同时，上述反应几乎都是在水泥孔隙中进行，大大降低了混凝土内部的孔隙率，改变了混凝土孔结构，提高了混凝土各组分的粘结作用，提高了混凝土的密实性，从而使混凝土的强度，特别是后期强度得到提高，也增强了混凝土的界面粘结强度。
4）粉煤灰的“活性效应”、“形态效应”、“微集料效应”使混凝土的孔隙率大大降低，改变了混凝土的孔结构，避免了连通毛细孔的形成，因此相对于普通混凝土而言，提高了混凝土的抗渗、抗冻和抗碳化能力；
由于粉煤灰在混凝土中的存在，减少了温度裂缝的产生和混凝土本身的收缩，抑制了碱-骨料反应，提高了混凝土的抗化学侵蚀能力。
因而粉煤灰作为混凝土的一个组成部分，能积极有效地改普混凝土的耐久性。
矿渣全名是“粒化高炉矿渣”，乃高炉炼铁得到的以硅铝酸钙为主的熔融物经淬冷成粒的副产品。
它具有较高的潜在活性（水硬性），而活性的大小与化学成分和水淬生成的玻璃体含量有关。
有多种表达矿渣活性的公式，如质量系数：
（CaO+MgO+A1203）×
玻璃体/SiO2。
矿渣必须在碱性激发下才能呈现活性。
通常是掺加到硅酸盐水泥中做成混合水泥，矿渣的粒径较小，填充在孔隙内，提高了水化产物的密实度，对于抗渗性能有很大的提高。
此外，矿渣用在混凝土中由于其水化放热量小且放热时间后移，在大体积混凝土中具备潜在活性产生强度的同时，还可以减少水泥水化的放热，可大大减少混凝土的温升。
2.1.4外加剂的选择
在混凝土中使用减水剂己被公认是提高混凝土强度、改善性能、节约水泥用
量及降低能耗等的有效措施。
实践证明，在现代混凝土材料与技术领域里，欲生
产高质量的混凝土，已几乎没有不使用减水剂的。
水泥加水拌和后，由于水泥粒
子间的相互作用而形成一些絮凝状结构。
在这些絮凝状结构中，包裹着很多拌和
水，从而降低了混凝土的和易性。
施工中为了保持所需的和易性，就必须相应增
加拌和水量。
由于用水量的增加会使水泥石结构中形成过多的孔隙，从而使混凝
土产生约束状态下较大的收缩而形成裂缝。
减水剂的作用就在于其吸附于水泥颗
粒表面，使水泥胶粒表面上带有相同符号的电荷产生电性斥力，使水泥-水体系趋于相对稳定的悬浮状态，使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝状凝聚体内的游离水释放出来，增强了混凝土的和易性，增大了坍落度，达到减水的目的。
2.2混凝土生产配合比的优化
大体积混凝土的配合比设计要在满足设计与施工要求的强度、耐久性及和易
性的条件下，尽量减少水泥用量。
水泥的用量不但直接影响到水化热（单位水泥
用量每增减10kg，混凝土的绝热温度也相应升降l℃）和收缩，而且与经济技术指标密切相关。
减少水泥用量既对裂缝控制有利，又可以降低工程投资。
设计混凝土配合比时，应注意以下几点：
（1）合理选择水泥标号。
（2）为减少水泥用量及改善混凝土的和易性，应考虑掺入优质掺合料（如粉煤灰）和外加剂（如减水剂、膨胀剂等）。
（3）选择粗细骨料级配良好的骨料，采用连续级配的骨料比间断级配的骨料节省水泥，在相同水灰比时可减少水泥20kg/m3左右。
（4）选择合理的水灰比，在满足施工和易性和强度的条件下力求单位用水量最小，为此掺入适量减水剂是必要的。
（5）利用后期强度，根据工程的特点，允许工程在60天、90天或120天达到设计强度。
综上可见，原材料的选择尤为重要，因为通过选择合适的原材料（采用高强低热水泥、参加粉煤灰代替部分水泥，掺加外加剂等），能够有效降低混凝土底板的水化热总量，降低混凝土最大绝对温升，从而减小底板内外温差，底板尺寸大，混凝土自然散热困难，混凝土温度应力更难控制，对原材料的选配提出了更高的要求。
因此，对原材料进行了优选：
水泥：
海螺水泥厂生产的普通硅酸盐水泥PO42.5
砂：
北江河砂
碎石：
增城田心石场生产的5~25mm碎石
水：
自来水
外加剂：
聚羧酸缓凝型高性能减水剂LMT-102；
粉煤灰：
广州电厂C类II级粉煤灰
根据施工方提供资料，底板混凝土设计强度为C40P8，考虑早期水化热及后期强度，其配合比设计如表1所示：
C35P8底板混凝土配合比
设计强度
抗渗等级
坍落度
每方材料用量
水泥
矿粉
粉煤灰
砂
碎石
水
减水剂
PO42.5
S95
II级
中砂
5~25
-
LMT-102
C35
P8
14-16
280
30
85
735
1050
160
6.8
2.3大体积混凝土水化放热及温度计算
经过大量实践和理论分析，大体积混凝土的温度可以在一定程度上进行预测，对于施工采取相应的措施提供理论依据。
2.3.1混凝土拌和物的温度
混凝土拌合物的温度可用下式来计算：
mc、ms、mg、mw——水泥、砂、石、水的用量（kg）；
Tc、Ts、Tg、Tw——水泥、砂、石、水的温度（℃）；
ws、wg——砂、石的含水率（%）；
C1——水的比热，当骨料温度>
0℃时，Cl=4.2kJ/kg·
℃；
当骨料温度≤0℃时，Cl=2.1kJ/kg·
C2——冰的融解热，当骨料温变>
0℃时，C2=0；
当骨料温度≤0℃时，C2=335kJ/kg。
为了简化计算，矿粉、粉煤灰和外加剂的重量均计算在水泥的重量内；
广州历年一月中旬最高气温在20℃，最低气温在10℃，计算时取平均温度15℃，水泥、矿粉和粉煤灰储存在罐内，温度略高于室温，取17℃，砂子温度取13℃，碎石温度取15℃；
砂含水率取5%，碎石含水率忽略不计；
水的比热为4.2kJ/kg·
℃，冰的溶解热为0。
混凝土拌合物的温度计算如下：
T0=[0.9×
（401.5×
17+735×
13+1050×
15）+4.2×
（160-735×
0.05）+4.2×
735×
0.05×
13]÷
[4.2×
160+0.9×
（401.5+735+1050）]
=[0.9×
32130.5+4.2×
123.25+2019.55]÷
[672+0.9×
2186.5]
=31441.65÷
2639.85
=11.9（℃）
2.3.2混凝土拌合物的出机温度
式中T1——混凝土拌合物的出机温度（℃）；
Ti——搅拌棚内的温度（℃）。
Ti值取16℃，把上面T0=11.9代入计算得：
T1=11.9-0.16（11.9-16）=12.6（℃）
2.3.3混凝土拌合物入模时的温度
式中T2——混凝土拌合物入模时的温度（℃）；
a——温度损失系数（h-1），采用流动式搅拌车a=0.25,；
t1——混凝土自运输至浇筑完成时的时间（h）；
n——混凝土转运次数；
Ta——运输时的环境气温（℃）。
混凝土拌合物浇筑完成时的温度计算忽略了模板和钢筋的吸热影响，有关的计算可以参照《混凝土结构工程施工及验收规范》。
温度损失系数取0.25，混凝土自运输至浇筑完成时的时间取30min，混凝土转运次数取1，运输时的环境气温Ta取15℃，计算混凝土的入模温度为：
T2=12.6-（0.25×
0.5+0.032）×
（12.6-15）
=12.6-0.38=13（℃）
2.3.4计算绝热温升
式中Q——为胶凝材料水化热，胶凝材料由水泥、矿粉和粉煤灰组成（kJ/kg）；
WC、WF——每立方混凝土所用水泥、矿物掺合料重量（kg）；
ζ——混凝土的绝热温升常熟；
c——混凝土热容（kJ/kg）；
γ——混凝土表观密度（kg/m3）；
k——折减系数。
所用PO42.5水泥7d水化热为365kJ/kg，根据混凝土配合比知，水泥用量为280kg，矿物掺合料（矿粉和粉煤灰）用量为115kg，浇筑底板最大厚度为3.3m，取ζ值为0.68，混凝土的热容c取0.96kJ/kg，γ取2346kg/m3，k值取0.9。
则混凝土的绝热温升为：
Tr=365×
0.68×
（280+0.9×
115）÷
（0.96×
2346）
=95184.7÷
2252.16=42.3（℃）
2.3.5混凝土中最高温度
Tmax——混凝土中最高温度
该温度为大体积混凝土内部中心点的最高温升值，一般在混凝土浇筑后3d（或7d）左右产生，以后趋于稳定不再升温，并且开始逐步降温。
考虑到散热作用，混凝土中的实际温升值一般要略小于按上式计算的绝热温升值，可以按下面公式计算。
代入计算得：
Tmax=2×
42.3÷
3+13=41.2（℃）
2.3.6混凝土表面温度
在未考虑覆膜情况下，混凝土的表面温度可按下式计算：
式中Tb——混凝土表面最高温度（℃）；
Tq——外界气温的平均温度（℃）；
H——混凝土结构的计算厚度（m）；
h’——混凝土结构的虚厚度（m）；
h——混凝土结构的实际厚度（m）；
ΔT——混凝土中心温度与外界气温之差的最大值（℃）；
λ——混凝土的导热系数（W/m·
K）；
β——混凝土模板及保温层的传热系数（W/m2·
K）
K——计算折减系数；
根据底板尺寸，最厚处为3.3m，λ值取2.33，β值取23W/（m2·
K），K值取0.666，外界气温取15℃，代入计算得：
h’=0.067
H=3.3+2×
0.666×
2.33÷
23=3.43
ΔT=41.2-15=26.2
Tb=15+4×
0.067×
（3.43-3.3）×
26.2÷
3.432=15.1（℃）
2.3.7混凝土的内外温差
ΔTc=Tmax-Tb=41.2-15.1=26.1（℃）
由以上计算可知，本工程所浇筑底板内外温差最大为26.1℃，略大于大体积混凝土施工规范（GB50496-2009）中关于大体积混凝土温度内外温差不大于25℃的规定。
若需降低混凝土的内外温差，在混凝土中埋设冷却管是一种有效的方法。
选取冷却管直径为5cm，上下左右间距为1m，混凝土底板的最大截面及冷却管冷却管的布置如下图所示：
2.4生产过程质量控制
2.4.1加强原材料的进厂质量控制
原材料进厂后实验室人员对该批材料进行检测，不合格的退货，合格的材料由生产部安排进仓，每天由专人对材料储存情况监察和进行例行检测，当发现该批材料有异常情况，将作退货处理。
（1）水泥：
选用P.042.5R海螺牌：
进厂水泥按批检验其强度和安定性，凝结时间、细度，各项检验均应符合相应标准的规定。
进厂水泥必须有出厂合格证，不符合要
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