淺談大體積混凝土施工質(zhì)量控制

梁昌聰

摘 要：本文以海口國(guó)瑞大廈A、B兩座基礎(chǔ)底板為例，從大體積混凝土的定義、質(zhì)量通病、原材料準(zhǔn)備、配比設(shè)計(jì)、施工工藝、溫控措施、養(yǎng)護(hù)方法幾個(gè)方面簡(jiǎn)單討論了大體積混凝土施工的質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；溫控措施。

1 前言

由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，建筑結(jié)構(gòu)向高、大、深和復(fù)雜的方向發(fā)展。因此時(shí)常涉及到大體積混凝土施工，如工業(yè)建設(shè)中的大型設(shè)備基礎(chǔ)；大型構(gòu)筑物的基礎(chǔ)；高層、超高層和特殊功能建筑的箱型基礎(chǔ)及轉(zhuǎn)換層；有較高承載力的大承臺(tái)、水利大壩等。這些部位整體質(zhì)量要求高，質(zhì)量的好壞直接影響到結(jié)構(gòu)的安全使用，因此全面的質(zhì)量控制就顯得至關(guān)重要。工程實(shí)踐證明，大體積混凝土施工難度比較大， 混凝土產(chǎn)生裂縫及質(zhì)量通病的機(jī)率較多，為了降低經(jīng)濟(jì)損失，我們要減少和控制裂縫及質(zhì)量通病的出現(xiàn)。

2 大體積混凝土的定義及質(zhì)量通病

1、大體積混凝土的定義

美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)ACI對(duì)大體積混凝土的定義為：體積大到必須對(duì)水泥的水化熱及其帶來(lái)的相應(yīng)體積變化采取措施，才能盡量減少開(kāi)裂的一類混凝土。

日本建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)JASS5規(guī)定：結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，同時(shí)水化熱引起的內(nèi)外最大溫差預(yù)計(jì)超過(guò)25℃這樣的混凝土，稱為大體積混凝土。

我國(guó)行業(yè)規(guī)范《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2009）中認(rèn)為混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土，就稱之為大體積混凝土。

雖然關(guān)于大體積的定義不盡相同，但基本上都是從混凝土的尺寸和溫差兩個(gè)方面描述的，因此大體積混凝土可以理解為：結(jié)構(gòu)尺寸大到必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施，妥善處理內(nèi)外溫度差值，從而合理解決溫度應(yīng)力，并對(duì)裂縫進(jìn)行控制的混凝土。

大體積混凝土與普通混凝土的區(qū)別從表面上看是在于“大”，尺寸超過(guò)一定范圍；但實(shí)質(zhì)的區(qū)別是由于混凝土中水泥水化產(chǎn)生大量熱量，而由于尺寸大造成混凝土熱量不如表層散發(fā)得快，從而造成內(nèi)外溫差過(guò)大，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力造成混凝土開(kāi)裂。

2、質(zhì)量通病

大體積混凝土具有結(jié)構(gòu)體積大、承受荷載大、水泥水化熱大、內(nèi)部受力相對(duì)復(fù)雜等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在施工上，結(jié)構(gòu)整體性要求高，一般要求整體澆筑，不留施工縫。這些特點(diǎn)的存在，導(dǎo)致在工程實(shí)踐中，大體積混凝土出現(xiàn)其特有的質(zhì)量通病，常有以下幾種類型：

（1）施工冷縫：因大體積混凝土的混凝土澆筑量大，在分層澆筑中，前后分層沒(méi)有控制在混凝土的初凝之前；混凝土供應(yīng)不足或遇到停水、停電及其它惡劣氣候等因素的影響，致使混凝土不能連續(xù)澆筑而出現(xiàn)冷縫。

（2）泌水現(xiàn)象：上、下澆筑層施工間隔時(shí)間較長(zhǎng)，各分層之間產(chǎn)生泌水層，它將導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低、脫皮、起砂等不良后果。

（3）混凝土表面水泥漿過(guò)厚。因大體積混凝土的量大，且多數(shù)是用泵送施工，因此在混凝土表面的水泥漿會(huì)產(chǎn)生過(guò)厚現(xiàn)象。

（4）溫度裂縫：大體積混凝土在澆筑初期，由于水化熱大量產(chǎn)生，混凝土的溫度急劇上升。其表面的散熱條件較好，溫度上升較少；而內(nèi)部散熱條件較差，溫度上升較多，從而形成從表面到里的溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，而外部產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面首先產(chǎn)生裂縫，這種裂縫稱為表面裂縫，其危害性一般較小。這種表面裂縫在混凝土收縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，促使裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。表面裂縫擴(kuò)展的原因，一方面是由于內(nèi)外溫差產(chǎn)生了應(yīng)力和應(yīng)變；另一方面是結(jié)構(gòu)的外約束和混凝土內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的約束阻止了這種應(yīng)變，從而使溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，產(chǎn)生不同程度的裂縫。在澆筑初期，混凝土處于升溫階段和塑性狀態(tài)，彈性模量很小，溫度應(yīng)力引起的變形也很??；混凝土在澆筑一定時(shí)間后，水化熱釋放的高峰已過(guò)，混凝土從最高溫度開(kāi)始逐漸降溫，降溫的結(jié)構(gòu)引起混凝土收縮，再加上水分蒸發(fā)引起的收縮，而地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束使之不能自由變形，從而使混凝土處于大面積拉應(yīng)力狀態(tài)，這種區(qū)域如果存在表面裂縫，則極有可能發(fā)展成深層裂縫，甚至存在整個(gè)截面上的拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土產(chǎn)生整個(gè)截面上的貫穿裂縫。貫穿裂縫切斷了結(jié)構(gòu)斷面，破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害最嚴(yán)重。在工程中是不允許產(chǎn)生的。

3、溫控指標(biāo)

在大體積混凝土施工常見(jiàn)的質(zhì)量通病中影響最為嚴(yán)重的是溫度裂縫?？刂苹炷恋膬?nèi)外溫差是大體積混凝土施工的關(guān)鍵。因此在《大體積混凝土施工規(guī)范》中規(guī)定大體積混凝土澆筑的溫控指標(biāo)宜符合下列規(guī)定：

（1）混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于50℃。

（2）混凝土澆筑體的里表溫差不宜大于25℃。

（3）混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d。

（4）混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。

下面結(jié)合?？趪?guó)瑞大廈工程A、B兩座基礎(chǔ)底板的混凝土澆筑淺談關(guān)于大體積混凝土澆筑質(zhì)量的控制要點(diǎn)。

3 工程概況及工程特點(diǎn)

國(guó)瑞大廈位于位于海南省?？谑蠧BD中心，項(xiàng)目總占地面積為26909.08㎡，地上為A、B座兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元；地下三層純地下室整體相連，外輪廓尺寸189 ×123米，未設(shè)永久伸縮縫、防震縫和沉降縫。

A座為辦公樓，樁筏基礎(chǔ)，鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)，地下3層，地上30層，高115.8米；B座為酒店，樁筏基礎(chǔ)，型鋼筋混凝土框架—鋼筋混凝土筒體，地下3層，地上40層，高149.8米。純地下室，梁筏基礎(chǔ)，框架結(jié)構(gòu)。

大體積底板狀況：A座區(qū)域基礎(chǔ)底板長(zhǎng)56.8米，寬38.3米，厚2.4米，預(yù)算混凝土方量5500m3；B座區(qū)域基礎(chǔ)底板長(zhǎng)66.6米，寬45.2米，厚2.7米，預(yù)算混凝土方量8500m3；設(shè)計(jì)混凝土等級(jí)C40P8。

4混凝土原材料的選擇

1、水泥：選用海南華盛天涯PO 42.5水泥，日產(chǎn)量2萬(wàn)噸，質(zhì)量穩(wěn)定。

2、河砂：選用南渡江的中粗砂，細(xì)度模數(shù)在2.6～3.0，含泥量≤2.0%。

3、石子：選用連續(xù)級(jí)配5～31.5mm的玄武巖，含泥量<1.0%，針片狀顆粒含量<5.0%。

4、粉煤灰：選用Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度≤25%，需水量比≤105%。

5、礦粉：選用優(yōu)質(zhì)S95級(jí)礦粉，流動(dòng)度比≥95%，28d活性指數(shù)≥95%。

6、外加劑：選用西卡公司生產(chǎn)的聚羧酸緩凝高效減水劑。

5 混凝土配合比的確定

工程要求施工方式為泵送施工，坍落度（160±20mm），為保證混凝土的抗裂及抗?jié)B性能，在保證正常澆筑的情況下，坍落度應(yīng)該盡量控制在下限；混凝土采用60d強(qiáng)度作為混凝土配合比設(shè)計(jì)、混凝土強(qiáng)度評(píng)定及工程驗(yàn)收的依據(jù)。根據(jù)此工程的特性，按照大體積混凝土的設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)配合比，采用雙摻摻合料降低混凝土的水化熱。

根據(jù)強(qiáng)度及水化熱計(jì)算確定配合比：水泥：礦粉：粉煤灰：砂：碎石：水：外加劑=1：0.4：0.28：3.02：4.12：0.66：0.0276。

由于5月份海口溫度較高，混凝土出機(jī)溫度在30℃左右，計(jì)算出此配合比中心溫度最高可達(dá)79.4℃，根據(jù)溫控指標(biāo)混凝土表面溫度應(yīng)控制在60℃左右。

6 混凝土施工澆筑

1、澆筑方式：根據(jù)結(jié)構(gòu)物的大小、鋼筋的疏密程度、混凝土供應(yīng)條件等具體情況，混凝土澆筑可采用全面分層澆筑和分段分層澆筑及斜面分層澆筑三種。本工程A、B座兩個(gè)底板均選用4臺(tái)泵車，采用斜面分層澆筑，斜面分層澆筑適用于結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度超過(guò)厚度的三倍的澆筑層，振搗工作從澆筑層的下端開(kāi)始，逐漸上移，此時(shí)向前推進(jìn)的澆筑混凝土攤鋪坡度應(yīng)小于1：3，以保證分層混凝土之間的施工質(zhì)量。混凝土澆筑時(shí)的分層厚度應(yīng)不超過(guò)振動(dòng)捧長(zhǎng)度的1.25倍，在振搗上一層時(shí)，應(yīng)入下一層混凝上內(nèi)約5cm，以消除兩層之間的接縫，一般在大體積混凝土工程中，分層厚度可定為40～60cm，數(shù)量較少的混凝土工程中分層厚度可取25～35cm。

2、振搗工藝：為確?；炷恋木鶆蚝兔軐?shí)，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，要求操作人員加強(qiáng)混凝土的振搗，插點(diǎn)均勻排列，按順序振實(shí)不得遺漏，振搗期間距宜取300mm，時(shí)間15-30秒為宜，不宜過(guò)振，以表面呈現(xiàn)浮漿，平整和不在沉落為準(zhǔn)，為了能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，尚須進(jìn)行二次振搗以提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)裂縫，增加混凝土的密實(shí)度，使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高，從而提高混凝土的抗裂性，一般間隔20-30分鐘進(jìn)行二次復(fù)振，或者是在混凝土經(jīng)振搗后尚能恢復(fù)塑性狀態(tài)的時(shí)間。

3、泌水處理與表面處理：由于大體積混凝土澆筑時(shí)泌水較多，上涌的泌水和浮漿順混凝土斜面下流到坑底，再到集水井，然后通過(guò)集水井內(nèi)的潛水泵排出基坑外；待混凝土澆至標(biāo)高時(shí)，由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚，要求施工方用木抹子抹平，防止表面微小裂縫產(chǎn)生，在初凝前進(jìn)行二次抹面處理，使用機(jī)械或木抹子抹壓，必要時(shí)在終凝前1～2h在進(jìn)行多次抹壓，這樣有效的控制混凝土表面龜裂，增加防水抗裂效果。

7 混凝土的養(yǎng)護(hù)及溫控

對(duì)于控制大體積混凝土的工程質(zhì)量，養(yǎng)護(hù)是十分關(guān)鍵的工作。一般在澆筑完畢后12～18h內(nèi)立即開(kāi)始養(yǎng)護(hù)，連續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28d或設(shè)計(jì)齡期。養(yǎng)護(hù)工作不僅要滿足強(qiáng)度增長(zhǎng)的需要，還要控制溫度防止因溫度變形引起混凝土的開(kāi)裂。養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土內(nèi)表溫差，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)氣候條件采取相應(yīng)的措施，測(cè)定澆筑后的混凝土表面和內(nèi)部溫度，將溫差控制在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。

大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度控制一般有降溫法和保溫法。降溫法是在混凝土澆筑完成后，通過(guò)預(yù)埋的冷卻水管，降低澆筑物的內(nèi)部溫度從而控制混凝土內(nèi)外溫差。保溫法是混凝土澆筑完成后，通過(guò)保溫材料覆蓋、加熱、蓄存熱水等方法，提高混凝土表面及四周散熱面的溫度從而控制混凝土內(nèi)外溫差。兩種法方結(jié)合使用效果更好。

本工程采用的是保溫法，采用塑料薄膜和麻袋覆蓋以及蓄熱水保溫。在最后一次抹壓完成后，立即覆蓋塑料薄膜，避免水分散失，以及雨水直接沖刷降低表面溫度。并覆蓋麻袋保溫，覆蓋的厚度及層數(shù)視施工溫度和測(cè)溫記錄確定。模板預(yù)留高出澆筑面5cm，進(jìn)行蓄熱水養(yǎng)護(hù)。當(dāng)混凝土中心溫度與表面溫度差小于20℃，且表面溫度與大氣溫度小于20℃，逐漸拆除保溫層。

8 工程澆筑結(jié)果

本工程A、B座兩個(gè)底板使用相同的澆筑工藝和養(yǎng)護(hù)方法。

A座底板：2013年5月23日晚上8點(diǎn)開(kāi)始澆筑，5月25日中午11點(diǎn)完成澆筑，5月27日凌晨1點(diǎn)混凝土中心溫度最高，用預(yù)埋的傳感器測(cè)得中心最高溫度達(dá)69.7℃，內(nèi)外溫差最大為18℃，現(xiàn)場(chǎng)留置試塊28d抗壓強(qiáng)度平均值為46.7MPa，60d抗壓強(qiáng)度平均值53.7MPa，經(jīng)各方檢查，均未發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)裂縫。

B座底板：2013年7月9日早上10點(diǎn)開(kāi)始澆筑，7月12日早上7點(diǎn)完成澆筑，7月13日22點(diǎn)混凝土中心溫度最高，用預(yù)埋的傳感器測(cè)得中心最高溫度達(dá)74.6℃，內(nèi)外溫差最大為21℃，現(xiàn)場(chǎng)留置試塊28d抗壓強(qiáng)度平均值為44.8MPa，60d抗壓強(qiáng)度平均值54.6MPa，經(jīng)各方檢查，均未發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)裂縫。

9 結(jié)束語(yǔ)

由于自身實(shí)踐知識(shí)相對(duì)缺乏，以上見(jiàn)解仍有很大一部分停留在理論層面，但在實(shí)踐中的應(yīng)用效果還是比較好的。實(shí)踐證明， 在大體積混凝土的施工中， 針對(duì)裂縫、質(zhì)量通病的防治， 應(yīng)從配合比設(shè)計(jì)、原材料、施工、養(yǎng)護(hù)和環(huán)境等多方面控制。減小約束應(yīng)力、減小混凝土內(nèi)外溫差、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)是關(guān)鍵， 堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理，才能最大限度的消除和減少質(zhì)量通病的產(chǎn)生，使大體積混凝土的質(zhì)量得到有效的保證。

參考文獻(xiàn)

1、《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB 50496-2009）

2、《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2011）

3、《混凝土工程與技術(shù)》主編：文梓蕓、錢春香、楊長(zhǎng)輝（武漢理工大學(xué)出版社）