大體積混凝土施工方法

史艷萍

（中鐵三局建安公司，山西 太原 030006）

大體積混凝土施工方法

史艷萍

（中鐵三局建安公司，山西 太原 030006）

大體積混凝土工程由于結(jié)構(gòu)截面大，所以內(nèi)部水化熱積聚不易散發(fā)，外部則散熱較快，很容易由于溫度的不均衡分布產(chǎn)生應(yīng)力，故而產(chǎn)生溫度裂縫。文章詳細地介紹了大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的機理，并從材料、設(shè)計、施工方面提出控制手段，引用具體實例進行論證。

大體積混凝土；裂縫；溫差

近幾年來，全國各地工程規(guī)模日趨擴大，結(jié)構(gòu)形式日益復雜，工業(yè)與民用建筑中對大體積混凝土需求越來越多。由于其體積大、表面小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫度升高比較快，當混凝土內(nèi)外溫差較大時，會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，所以必須從根本上分析它，來保證施工的質(zhì)量。

大體積混凝土一般是指實體截面最小尺寸大于或等于1 m的混凝土構(gòu)件。

1 大體積混凝土裂縫類型及裂縫產(chǎn)生原因分析

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要包括干燥收縮裂縫、塑性收縮裂縫、安定性裂縫、溫差裂縫、碳化收縮裂縫等。

1.1 干燥收縮裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過程中會導致其體積的收縮，對于大體積混凝土，這種收縮更加明顯。如果混凝土的收縮受到外界的約束，就會在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的收縮應(yīng)力，當產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。影響混凝土收縮的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品種?；炷林械挠盟亢退嘤昧吭礁撸炷潦湛s就越大。水泥品種對干縮量及收縮量也有很大的影響，一般中低熱水泥和粉煤灰水泥的收縮量較小。

1.2 塑性收縮裂縫

在水泥活性大、混凝土溫度較高或者水灰比較低的條件下，混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補充，這時混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點拉力，混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不規(guī)則的裂縫。出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進一步加快，于是裂縫迅速擴展。

1.3 溫差裂縫

混凝土內(nèi)部和外部的溫差過大會產(chǎn)生裂縫。溫差裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過大。溫差的產(chǎn)生主要有3種情況：

第一種是在混凝土澆筑初期，這一階段產(chǎn)生大量的水化熱，形成內(nèi)外溫差并導致混凝土開裂，這種裂縫一般產(chǎn)生在混凝土澆筑后的第三天。

第二種是在拆模前后，這時混凝土表面溫度下降很快，從而導致裂縫產(chǎn)生。

第三種情況是當混凝土內(nèi)部溫度高達峰值后，熱量逐漸散發(fā)而達到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值即內(nèi)部溫差。這3種溫差都會產(chǎn)生裂縫，但最嚴重的是水化熱引起的內(nèi)外溫差。

1.4 安定性裂縫

安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起。

2 裂縫控制手段

要避免混凝土裂縫的產(chǎn)生需從材料、設(shè)計、施工上來進行控制。

2.1 材料控制

（1）水泥：使用水化熱較低的水泥以及盡量降低單位水泥用量；水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無法及時散發(fā)出去，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大。單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān)，并隨混凝土的齡期而增長。由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，普通混凝土內(nèi)部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3～7天。

（2）摻合料和外加劑：在混凝土中摻入水泥用量0.25%的減水劑，可同時減少10%的水泥用量，從而降低水化熱的產(chǎn)生；在混凝土中摻入粉煤灰，不僅可代替水泥用量，而且可大大改善混凝土的可泵性和工作性，從而降低水化熱的產(chǎn)生；在混凝土中摻入膨脹劑，混凝土在硬化過程中產(chǎn)生體積膨脹，可以部分或全部補償硬化過程中冷縮和干縮，減免混凝土的開裂。

（3）粗細骨料：在鋼筋間距和泵車輸送管的允許下，盡量選用粒徑大的骨料，一般中、粗砂比使用細砂每立方米混凝土減少用水量20～25 kg左右，水泥相應(yīng)也減少28～35 kg，從而降低混凝土的干縮；還有條件允許的情況下，可以采用設(shè)計毛石大體積混凝土基礎(chǔ)。

（4）石子級配：石子級配對節(jié)約水泥及保證具有良好的和易性關(guān)系很大，大體積混凝土宜采用連續(xù)級配。

（5）水：水源對大體積混凝土的影響主要是在攪拌溫度控制上，大體積混凝土攪拌時必要時采用冰水混合攪拌，以降低混凝土入模溫度。

2.2 設(shè)計控制

（1）合理的平立面設(shè)計：采用合理的平立面設(shè)計，避免截面突變，從而減小約束應(yīng)力。

（2）合理使用鋼筋：合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑，密間距。全截面配筋率不小于0.3%，應(yīng)在0.3%～0.5%之間。

（3）混凝土的選定：避免采用高強混凝土，盡可能選用中、低強度的混凝土。

（4）設(shè)置滑動層：考慮到基礎(chǔ)同時受到地基和樁基的約束，在基礎(chǔ)的下底面設(shè)置滑動層來減小其約束，降低混凝土內(nèi)部的約束應(yīng)力。

2.3 施工控制

（1）混凝土的供料：為使混凝土澆筑工作順利進行,必須根據(jù)混凝土方量計算確定泵車臺數(shù)及攪拌站生產(chǎn)能力,在澆筑前，攪拌站配備足夠的原料，特別是水泥的備料，確保同一廠家、同一批次，符合同一混凝土配比的水泥，必要時準備2～3個攪拌站同時備料。

（2）混凝土的運料：為使混凝土的運輸不至于影響混凝土的澆筑，車行路線必須要提前考察，特別是在大中城市，對于堵車、限行等必須提前預控。

（3）混凝土的澆筑：大體積混凝土澆筑主要有3種方式：其一，分層平行推進；其二，分層斜面推進；其三，分層交錯推進方式。需要根據(jù)混凝土澆筑量、構(gòu)件形式、混凝土澆筑方式等進行確認。分層澆筑可以增大散熱面積，保證施工質(zhì)量。

（4）混凝土的振搗：實行快插慢拔、分層振搗的振搗方法。振搗上一層時插入下一層混凝土5 cm以消除兩層間的接縫。通過二次振搗可以使混凝土更加密實，對提高混凝土的抗拉能力很有力。

（5）混凝土的收壓：在混凝土初凝之前二次用力搓平并將表面拉毛，拉毛必須保證紋路均勻順直。條件允許時最好采用滾筒碾壓數(shù)遍，并用木蟹打磨壓實,以閉合收縮裂縫。

（6）混凝土的養(yǎng)護：混凝土澆筑后，及時進行養(yǎng)護，以通過降低混凝土內(nèi)外溫度差和減慢降溫速度來達到降低塊體自約束應(yīng)力和提高混凝土抗拉強度，以承受外約束應(yīng)力時的抗裂能力。

（7）混凝土的監(jiān)測：混凝土澆筑前，在混凝土內(nèi)部布設(shè)傳感器或設(shè)置溫度測量孔，使內(nèi)外溫度直接顯示出來，方便將內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。

（8）混凝土的內(nèi)部降溫：在混凝土內(nèi)部敷設(shè)循環(huán)冷卻水管以降低混凝土內(nèi)部溫度。

（9）混凝土的蓄熱養(yǎng)護：混凝土澆筑完成后，可以采用草簾被或水進行蓄熱，以限制混凝土表面的溫度散發(fā)過快造成溫度裂縫，使內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。

（10）澆筑溫度：大體積混凝土澆筑宜避開炎熱的夏季，這樣可有利于減小溫差，進而減小溫度應(yīng)力。

3 裂縫控制案例

3.1 工程概況

本工程為大唐奧林匹克花園11#樓，24層，位于迎澤大街南側(cè)。筏板基礎(chǔ)部分最大厚度為1 500 mm，混凝土采用C40S8防水混凝土。

本工程全部采用商品混凝土，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點及混凝土工程量分布，結(jié)合拖式泵的輸送能力，混凝土澆筑主要采用拖式泵和汽車泵配合完成，泵管用架子管頂牢并加固，并由塔吊配合找平。

因現(xiàn)場場地狹小，混凝土罐車在現(xiàn)場內(nèi)不能錯車及停滯時間過長，所以，在混凝土澆筑施工時，需派專人負責疏導車輛進出場，保證混凝土連續(xù)澆筑。

施工中從商品混凝土的原材料、配合比、水灰比、和易性、坍落度、運輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護到施工縫處理等各個程序入手，嚴格按照施工規(guī)范要求操作，以確?；炷潦┕べ|(zhì)量。

混凝土施工采取散熱、保溫及溫度監(jiān)測等相應(yīng)措施以控制混凝土溫升和溫降速度，避免底板出現(xiàn)溫度裂縫和較強溫度應(yīng)力。

3.2 控制手段

3.2.1 混凝土原材料預控

混凝土所使用的原材料水泥必須有產(chǎn)品合格證、出廠檢驗報告和進場復驗報告，必須符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》中的要求。底板混凝土使用的水泥強度等級不應(yīng)低于42.5MPa；同時由于設(shè)計對耐久性的要求：基礎(chǔ)部分的砼最小水泥用量為275 kg/m3，最大水灰比為0.55，最大氯離子含量為0.2%，最大堿含量為3.0 kg/m3。選用高標號普通硅酸鹽水泥（P.O42.5），質(zhì)量符合現(xiàn)行國家標準《通用硅酸鹽水泥》。

混凝土中摻用的粉煤灰的級別不應(yīng)低于二級，質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的規(guī)定。摻合料的摻量應(yīng)通過試驗確定，摻量不宜大于20%。

石子優(yōu)先選用抗壓強度高的粗骨料，粒徑5～40 mm，泵送時其最大粒徑應(yīng)為輸送管徑的1/4，其他要求應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法》的規(guī)定，石子含泥量小于1%。

砂宜采用中粗砂，其他要求應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準《普通混凝土用砂質(zhì)量標準及檢驗方法》的規(guī)定。宜使用飲用水拌制混凝土，并符合國家現(xiàn)行標準《混凝土拌合用水》的規(guī)定標準。

加入緩凝型復合高效減水劑，延長水化熱釋放時間，降低水泥用量，減低混凝土的峰值溫度及延緩峰值出現(xiàn)；同時應(yīng)添加UEA建設(shè)部認可的砼膨脹劑，并應(yīng)由生產(chǎn)廠家作技術(shù)質(zhì)量保證，添加劑量應(yīng)由設(shè)計單位和生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員共同商定，且須有該生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員指導施工。

3.2.2 澆筑和振搗要求

每一流水段內(nèi)混凝土連續(xù)澆筑，如必須間隔，間隔時間盡量縮短，并在下層混凝土初凝前將上層混凝土澆筑完畢。

澆筑混凝土時為防止混凝土分層離析，混凝土由料斗、泵管內(nèi)卸出時，其自由傾澆高度不得超過2 m，超過時采用串筒或斜槽下落，出料管口至澆筑層的傾斜自由高度不應(yīng)大于1.5 m，混凝土澆筑時不得直接沖擊模板。澆筑混凝土時設(shè)專人看模，經(jīng)常觀察模板、支架、鋼筋、預埋件、預留孔洞、鋼筋保護層的情況，當發(fā)生變形移位時立即停止?jié)仓?，并在已澆筑的混凝土初凝前修整完好?/p>

使用30或50棒插入式振搗棒要快插慢拔，插點呈梅花形布置，按順序進行，不得遺漏。移動間距不大于振搗棒作用半徑的1.5倍，振搗時間以混凝土表面出現(xiàn)浮漿及不出現(xiàn)氣泡、下沉為宜，實行快插慢拔、分層振搗的振搗方法。振搗上一層時插入下一層混凝土5 cm以消除兩層間的接縫。

3.2.3 混凝土澆筑

混凝土澆筑采用分層分段滾漿澆注、推進施工，底板振搗從一側(cè)開始，成階梯狀往前推進，階梯設(shè)置長度不得大于5 000 mm，分層推進澆筑厚度400～500 mm，分別同步加以振搗密實，先將集水坑底部澆筑到比集水坑模板下口高50～100 mm，然后澆筑平板，斜面由泵送混凝土自然流淌而成，坡度控制在1∶5左右。在坑底混凝土初凝之前澆筑坑側(cè)，坑側(cè)澆筑時四周均勻布料，避免因混凝土從一側(cè)擠壓導致集水坑模板或鋼筋移位。

混凝土初凝時間不小于8 h（在商品混凝土供應(yīng)合同中明確），在下層混凝土初凝前1 h內(nèi)必須將上層混凝土澆筑完畢?；炷翝仓较虬凑障仁┕ど罨A(chǔ)底板，后施工淺基礎(chǔ)的原則。

混凝土澆筑產(chǎn)生的泌水容易使混凝土表面水泥砂漿層過厚，致使混凝土強度不均產(chǎn)生收縮裂縫；澆筑過程及時處理掉，施工時通過后澆帶處的鋼筋與模板之間的縫隙將泌水排至后澆帶，泌水沿后澆帶排至集水井內(nèi)，用水泵抽走。

基坑四周防水導墻混凝土用鐵鍬鏟入模板內(nèi)，不得直接用泵管放料。泵車送料速度須以施工操作面的需求速度隨時加以調(diào)整，另一面嚴格控制混凝土入模溫度，盡可能降低最高溫升值。

每臺輸送泵不少于2臺振搗器，及時將輸送到基坑的混凝土振搗密實，不得漏振、過振。

混凝土澆筑標高拉線控制，用4 m刮杠刮平大面，用木抹子搓抹平整，在混凝土初凝之前二次用力搓平并將表面拉毛，拉毛必須保證紋路均勻順直。

3.2.4 溫度測試

防止大體積混凝土裂縫的主要措施是減少溫度梯度和濕度梯度，加強測溫、養(yǎng)護工作，應(yīng)加強測溫和溫度監(jiān)測與管理，實行信息化控制，隨時控制混凝土內(nèi)的溫度變化，內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，及時調(diào)整保溫和養(yǎng)護措施，使混凝土的溫度梯度和濕度梯度不致過大，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。

根據(jù)混凝土溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的分析，采用電子測溫儀測控溫度，具體做法是預埋測溫探頭進行測溫，測溫探頭的位置具有代表性，同時根據(jù)溫度對稱分布的特點，按澆筑高度，分布在底、中、表面，按平面尺寸分邊緣和中間兩種，對基礎(chǔ)底板布點測溫，每段基礎(chǔ)底板設(shè)置5個測溫點，測溫點距邊角和表面150 mm，控制指標如下：

基面溫差和混凝土中心溫差均控制在20℃以內(nèi)；混凝土內(nèi)外溫差不大于25℃；降溫速度不大于1.5～2℃/d；控制混凝土出罐和入模溫度；如若混凝土的內(nèi)外溫差不滿足要求，必須及時增加覆蓋層數(shù)，防止混凝土“感冒”并產(chǎn)生裂縫。

3.2.5 混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑后，及時進行養(yǎng)護，以通過降低混凝土內(nèi)外溫度差和減慢降溫速度來達到降低塊體自約束應(yīng)力和提高混凝土抗拉強度，以承受外約束應(yīng)力時的抗裂能力。

混凝土養(yǎng)護采用一層塑料薄膜上加兩層草簾子，防止混凝土脫水龜裂，同時在現(xiàn)場另準備一層塑料薄膜和一層草簾子，據(jù)測溫記錄確定是否需蓋草簾子，當發(fā)現(xiàn)溫差超出規(guī)定值時，及時加蓋養(yǎng)護，依據(jù)現(xiàn)場測溫結(jié)果，必要時采取蓄水方式進行保溫養(yǎng)護。

底板大體積混凝土在澆筑完畢12 h內(nèi)，開始進行養(yǎng)護，當日平均大氣溫度超過+5℃時，采取澆水或保溫養(yǎng)護，低于+5℃時不得澆水。養(yǎng)護期限根據(jù)混凝土測溫記錄確定。

4 結(jié)束語

通過精心策劃，嚴格管理，合理控制施工質(zhì)量，對該工程的大體積砼澆筑成形后進行實體檢測，未發(fā)生影響工程質(zhì)量的問題，取得較為明顯的施工效果。大體積混凝土施工質(zhì)量的好壞，最重要的準備工作，從設(shè)計、原材料、攪拌、運輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護、測溫等過程進行預控制，提前進行混凝土配比的確定、澆筑前熱功計算、編制合理的實施計劃以及澆筑后裂縫控制計算、保溫材料的選擇及厚度計算都對混凝土的最終質(zhì)量有著重要作用，是不能被忽略的。因而，在大體積混凝土的施工過程中，大體積混凝土施工方案的成功與否，將直接影響大體積混凝土施工質(zhì)量。

建筑工程質(zhì)量受到施工過程中各個環(huán)節(jié)的影響，整個施工階段的工作要求各方人員積極配合，認真研究分析，做好事前控制、事中控制和事后控制，針對質(zhì)量影響因素，積極采取控制措施，加強預控，以不斷提高企業(yè)管理人員的綜合素質(zhì)，適應(yīng)不斷變化的建筑市場。

Mass Concrete Job Practice

Shi Yanping

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TU37

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1000-8136(2011)05-0054-03