淺析大體積混凝土施工

胡小東

摘要：根據(jù)大體積混凝土施工和工程中大體積混凝土的研究成果，簡要介紹了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，以及從材料、施工、設(shè)計、維護等四個方面進行綜合解決，并提出了防止和減少砼裂縫的一般方法和施工中應(yīng)注意的一些問題。

關(guān)鍵詞：大體積；混凝土；施工

1.引言

目前大體積混凝土還沒有確切的定義詞。日本建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)（jass5）規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小厚度80厘米以上，同時水化熱引起的溫度差和混凝土內(nèi)外溫度將超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土。美國混凝土協(xié)會（ACI）規(guī)定：“任何現(xiàn)場澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須采取措施來解決由水化熱引起的體積變形問題，以最大限度地減少開裂”。

近年來，由于高層建筑的發(fā)展，基礎(chǔ)采用箱形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)大體積混凝土。

2.大體積混凝土的特性

大體積混凝土具有以下特點：

（1）高強度混凝土設(shè)計，單方水泥用量較多，大體積混凝土水化熱引起的溫度比普通混凝土大得多；

（2）在結(jié)構(gòu)內(nèi)的截面配筋比較多，較高完整性；

（3）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是埋在地下，雖然受環(huán)境溫度變化的影響較小，但需要高抗?jié)B性。

因此，溫度對混凝土裂縫控制引起的應(yīng)變差異，提高混凝土的抗?jié)B性，抗開裂和抗侵蝕性能是大體積混凝土施工的一個關(guān)鍵問題。

大體積混凝土的溫度控制，目前國內(nèi)尚無正式規(guī)定，在過去提出了應(yīng)該在20攝氏度的溫度差控制中，近年來在南方一些地區(qū)的控制在25 °C內(nèi)，從國內(nèi)的施工實踐來看：混凝土的溫升和溫差與表面系數(shù)有關(guān)，單面散熱的結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在75㎝以上，雙面散熱在100㎝以上，雙邊的冷卻混凝土水化熱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將造成超過25攝氏度的溫度差異，根據(jù)大體積混凝土施工。

80年代以來，在全國一些大城市相繼建造了一批高層建筑和高聳構(gòu)筑物。這些建筑物的基礎(chǔ)，都采用了大體積混凝土，通過這些工程的實踐，促進了大體積混凝土施工技術(shù)的發(fā)展。

80年代以來，在全國主要城市建立了很多高層建筑。這些建筑物的基礎(chǔ)都采用了大體積混凝土，通過這些項目的實施，促進了大體積混凝土施工技術(shù)。

對大體積混凝土工程的研究，取得不少成就，主要是：

（1）在設(shè)計上，為改善大體積混凝土的內(nèi)外約束條件以及結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的補強，提出了行之有效的措施。

（2）在施工技術(shù)上，從選料，配合比設(shè)計、施工方法，施工季節(jié)的選定和測溫養(yǎng)護等，采取一些綜合性的措施，有效地克服了大體積混凝土的裂縫。

（3）在施工組織管理上，為了解決大體積混凝土一次澆筑量大的問題，在精心組織、協(xié)調(diào)指揮。

3.大體積混凝土的施工

3.1材料要求

3.1.1水泥

（1）在滿足強度和耐久性等要求的前提下，宜選用低熱或中熱的礦渣水泥、火山灰水泥（發(fā)熱量270～290kJ/kg）、嚴(yán)禁使用安定性不合格的水泥。

（2）由于大體積混凝土工程量大，水泥用量多，水泥供應(yīng)難以做到按施工要求的品種標(biāo)號一次進場，因此要加強水泥進場的檢驗和試配工作。

3.1.2骨料

（1）粗骨料。碎石和卵石均可，并采取連續(xù)級配或合理的摻配比例。其最大粒徑不得大于鋼筋最小間距的3/4。當(dāng)采用泵送混凝土?xí)r，為了提高混凝土的可泵性和控制增加水泥用量，可參照表5-7-13選用。骨料中不得含有有機雜質(zhì)，其含泥量應(yīng)<=1%

（2）細骨料。宜選用粗砂或中砂，含泥量應(yīng)≤3%。當(dāng)采用泵送混凝土?xí)r，其細度模數(shù)以2.6～2.8為宜?？刂萍毶耙?.3㎜篩孔的通過率為15～30%；0.15㎜篩孔的通過率為5～10%。

（3）粉煤灰。為了減少水泥用量，可摻入水泥用量10%的粉煤灰取代水泥。粉煤灰應(yīng)符合《技術(shù)條件103—56》的要求，其燒失量應(yīng)<15%，SO3應(yīng)<3%，SIO2應(yīng)>40%，并應(yīng)對水泥無不良反應(yīng)。

（4）外加劑。為了滿足和易性和減緩水泥早期水化熱發(fā)熱量的要求，宜在混凝土中摻入適量的緩凝型減水劑。

3.2配合比設(shè)計

3.2.1基本要求

（1）設(shè)計配合比時盡量利用混凝土60天或90天的后期強度，以滿足減少水泥用量的要求。但必須征得設(shè)計單位的同意和滿足施工荷載的要求。

（2）混凝土配合比，應(yīng)根據(jù)使用的材料通過試配確定。一般要求水泥用量宜控制在260～300kg/m3。水灰比應(yīng)≤0.6。砂率應(yīng)控制在0.33～0.37（泵送時宜為0.4～0.45）。坍落度應(yīng)根據(jù)配合比要求嚴(yán)加控制，當(dāng)采用商品混凝土泵送時，坍落度的增加應(yīng)通過調(diào)整砂率和摻用減水劑或高效減水劑解決，嚴(yán)禁在現(xiàn)場隨意加水以增大坍落度，并應(yīng)控制在10～14㎝為宜。

3.2.2設(shè)計步驟

按現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》執(zhí)行。

3.3施工準(zhǔn)備工作

在施工前的大體積混凝土準(zhǔn)備工作，除了一般的混凝土施工前必須進行材料的制備，設(shè)備的準(zhǔn)備，技術(shù)準(zhǔn)備和現(xiàn)場準(zhǔn)備，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的特殊性，做好配套材料和輔助設(shè)備的準(zhǔn)備，如冰水箱（池），真空設(shè)備，水泵，溫度測量設(shè)備等。特別是做施工方案的準(zhǔn)備工作。主要內(nèi)容及編制原則如下：

3.3.1編制的原則

（1）在保證結(jié)構(gòu)整體性的原則下，采用分層分塊澆筑時，盡量減少澆筑塊在硬化過程中的內(nèi)外約束，分層的時間間隔做到既有利于散熱，又考慮到底層對上層的約束。

（2）控制內(nèi)外溫差，加強養(yǎng)護，防止產(chǎn)生貫通裂縫和其它有害裂縫。

3.3.2編制的主要內(nèi)容

（1）根據(jù)減少約束的要求，確定分層分塊的尺寸及層間、塊間的結(jié)合措施。

（2）通過熱工計算，確定混凝土入模溫度以及對材料加熱或降溫的措施。

（3）確定混凝土攪拌，運輸和澆筑的方案。

（4）制訂混凝土的保溫方案。

（5）明確對混凝土的測溫方案。

（6）有關(guān)保證工程質(zhì)量、方案。

3.4施工工藝

3.4.1大體積混凝土施工一般要在低溫條件下進行，最高溫度小于等于30攝氏度的溫度為宜，應(yīng)該認真分析和溫度應(yīng)力計算（包括收縮），以降低溫度，減少溫度應(yīng)力和相應(yīng)的措施。

3.4.2攪拌后的混凝土應(yīng)被運到澆注位置，澆筑入模。在運送過程中，要防止混凝土離析現(xiàn)象，砂漿坍落度損失、改變，如離析現(xiàn)象的發(fā)生，必須進行人工二次拌合后方可入模。

3.4.3混凝土澆筑要點如下：

（1）大體積混凝土的澆筑，應(yīng)根據(jù)整體連續(xù)澆筑的要求，結(jié)合結(jié)構(gòu)尺寸的大小、鋼筋疏密、混凝土供應(yīng)條件等具體情況，選用以下三種方法：

①全面分層。即將整個結(jié)構(gòu)澆筑層分為數(shù)層澆筑，當(dāng)已澆筑的下層混凝土尚未凝結(jié)時，即開始澆筑第二層，如此逐層進行，直至澆筑完成。這種方法適用于結(jié)構(gòu)平面尺寸不太大的工程。一般長方形底板宜從短邊開始，沿長邊推進澆筑；亦可從中間向兩端或從兩端向中間同時進行澆筑。

②分段（塊）分層。適用于厚度較薄而面積或長度較大的工程。施工時從底層一端開始澆筑混凝土，進行到一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其它各層。

③斜面分層：適用于結(jié)構(gòu)的長度超過厚度三倍的工程，振搗工作應(yīng)從澆筑層的底層開始，逐漸上移，以保證分層混凝土之間的施工質(zhì)量。

（2）當(dāng)基礎(chǔ)底板厚度超過1.3m時，應(yīng)采取分層澆筑。分層厚度宜為0.6～1.0m。對于大塊底板，在平面上應(yīng)分成若干塊施工，以減少收縮和溫度應(yīng)力，有利于控制裂縫，一般分塊最大尺寸宜為30m左右。

（3）分層澆筑時，上層鋼筋的綁扎應(yīng)在下層混凝土經(jīng)一定養(yǎng)護其強度達到1.2N/㎜2，混凝土表面溫度與混凝土澆筑后達到穩(wěn)定時的室外溫度之在25?C以下時進行。

（4）分層澆筑間隔的時間，應(yīng)以混凝土表面溫度降至大氣平均溫度為好，即水化熱溫峰值以后，一般為3～5天，因此間隔時間以大于5天為宜。

（5）暑期施工時，必須采取有效措施降低混凝土內(nèi)部的實際溫度。

①降低混凝土入模澆筑溫度如拌和水中摻入冰塊、使用冷卻水作拌合用水、砂石采取遮陽措施和噴冷水降溫等；

②骨料中摻入適量毛石；

③摻入適量的粉煤灰。

（6）為了防止混凝土發(fā)生離析，當(dāng)混凝土的自由傾落高度超過2m時，應(yīng)采用串筒，溜槽下落。串筒和漏斗的布置應(yīng)根據(jù)澆筑面積、澆筑速度和鋪平混凝土的能力確定，一般其間距不得大于3m。

（7）混凝土應(yīng)采用機械振搗。振搗棒的操作，要做到“快插慢拔”，在振搗過程中，宜將振動棒上下略有抽動，以使一下振動均勻。每點振搗時間一般以20～30s為宜，但還應(yīng)視混凝土表面呈水平不再顯著下沉、不再出現(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為準(zhǔn)。

分層澆筑時，振搗棒應(yīng)插入下層5㎝左右，以消除兩層之間的接縫。

振搗時要防止振動模板，并應(yīng)盡量避免碰撞鋼筋、管道、預(yù)埋件等。每振搗完一段，應(yīng)隨即用鐵鍬攤平拍實。

（8）混凝土養(yǎng)護的時間和方法為：

①養(yǎng)護時間：為了保證新澆筑的混凝土有適宜的硬化條件，防止在早期由于干縮而產(chǎn)生裂縫，大體積混凝土澆筑完畢后，應(yīng)在12h內(nèi)加以覆蓋和澆水。具體要求是：普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土不得少于14天；礦渣水泥，火山灰質(zhì)水泥、大壩水泥、礦渣大壩水泥拌制的混凝土不得少于21天。

②養(yǎng)護方法：大體積混凝土養(yǎng)護方法，分降溫法和保溫法兩種。降溫法，即在混凝土澆筑成型后，用蓄水、灑水或噴水養(yǎng)護；保溫法是在混凝土成型后，使用保溫材料覆蓋養(yǎng)護（如塑料薄膜、草袋等）及薄膜養(yǎng)生液養(yǎng)護，可視具體條件選用。

夏季施工時，砼一般可使用草袋覆蓋、灑水、噴水養(yǎng)護或噴刷養(yǎng)生液養(yǎng)護。

冬期施工時，由于環(huán)境氣溫較低，一般可利用保溫材料以提高澆筑的混凝土表面和四周溫度，減少混凝土的內(nèi)外溫差。另外亦可使用薄膜養(yǎng)生液、塑料薄膜等封閉料，來封閉混凝土中多余拌合水，以實現(xiàn)混凝土的自養(yǎng)護。

（9）混凝土測溫。為了掌握大體積混凝土的升溫和降溫的變化規(guī)律以及各種材料在各種條件下的濕度影響，需要對混凝土進行溫度監(jiān)測控制。

①測溫點的布置 必須內(nèi)有代表性和可比性。沿澆筑的高度，應(yīng)布置在底部、中部和表面，垂直測點間距一般為500～800㎜；平面則應(yīng)布置在邊緣與中間，平面測點間距一般為2.5～5m。

②測溫制度 在混凝土溫度上升階段每2～4h測一次，溫度下降階段每8h測一次，同時應(yīng)測大氣溫度。

所有測溫孔均應(yīng)編號，進行混凝土內(nèi)部不同深度和表面溫度的測量。

4.施工中注意的幾個問題

4.1泌水和浮漿問題

大體積混凝土施工中，由于混凝土分層澆筑，上部和下部結(jié)構(gòu)之間的間隔時間（一般為1.5 ～ 3h，即凝結(jié)前控制），所以通過層混凝土層易產(chǎn)生水，混凝土泵送施工，特別嚴(yán)重的。解決的辦法是，在側(cè)模的結(jié)構(gòu)設(shè)置在排水孔的底部，使多余的水從自然排放孔，或用槽形式設(shè)計的或人為的“池”，從特殊的柔性軸或隔膜泵泵排出多余的水。對墻壁和其他垂直結(jié)構(gòu)，可以配合比和坍落度的解決方案。

4.2后澆縫的留置與處理

大體積混凝土施工中，合理的分縫分塊，不僅可以減輕約束作用，縮小約束范圍；同時也可利用澆筑塊的層面進行散熱，降低混凝土內(nèi)部的溫度。另外，尚可滿足綁扎鋼筋、預(yù)埋螺栓等工序的操作需要。但接縫的處理必須滿足防止?jié)B漏水的要求。

后澆縫的設(shè)置和處理如設(shè)計無規(guī)定時，其間距一般為20～30m，縫寬1m，可在后澆縫形成40d后封閉，冬期可適當(dāng)延長。封閉前，應(yīng)仔細鑿毛，并將鋼筋按設(shè)計要求連接好，再用比原設(shè)計砼強度提高一級補償收縮混凝土（亦可在普通混凝土中摻入膨脹劑）將縫灌密實。

4.3模板工程

大體積混凝土施工時，模板承受著混凝土的側(cè)壓力及振搗混凝土的振動力，因此必須保證模板及其支撐體系的可靠性，防止模板產(chǎn)生過大的變形。

對于大體積混凝土的模板，不能完全套用一般常規(guī)方法進行配置，而應(yīng)根據(jù)實際受力情況，對模板、立柱、拉桿以及支撐系統(tǒng)的所有構(gòu)件，都要進行設(shè)計計算，爭取足夠的安全儲備。

由于大體積混凝土對模板的剛度要求較高，在有條件時，宜優(yōu)先使用鋼模板。采用木模時，澆筑混凝土前應(yīng)充分濕潤，防止木模吸收混凝土表面水分后膨脹變形。

5.防止大體積混凝土裂縫的主要措施

（1）對混凝土配合比的合理選擇，嘗試用穩(wěn)定性好、水化熱低的水泥，并在滿足設(shè)計強度要求下，盡量減少水泥用量，降低水泥水化熱。從實際經(jīng)驗，在450kg/m3水泥劑量的控制可以防止裂縫。

（2）控制石子、砂子的含泥量不超過1%和3%。

（3）根據(jù)施工季節(jié)的不同，可分別采用降溫法和保溫法施工。夏季主要用降溫法施工，即在攪拌混凝土?xí)r摻入冰水，一般溫度可控制在5～10?C，在澆筑混凝土后采用冰水養(yǎng)護降溫，但要注意水溫和混凝土溫度之差不超過20?C，或采用覆蓋材料養(yǎng)護。冬季可以采用保溫法施工，利用保溫模板和保溫材料防止冷空氣侵襲，以達到減小混凝土內(nèi)外溫差的目的。

（4）采用分層分段法澆筑混凝土。分層振搗密實以使混凝土的水化熱能盡快散失。還可采用二次振搗的方法，增加混凝土的密實度，提高抗裂能力，使上下兩層混凝土在初凝前結(jié)良好。也可采用在下層混凝土面上預(yù)留溝槽，以加強上下層混凝土的連接。

（5）作好測溫工作，控制混凝土的內(nèi)部溫度與表面溫度，以及表面溫度與環(huán)境溫度之差不超過25?C。

（6）在混凝土中摻加少量磨細的粉煤灰和減水劑，以減少水泥用量。也可摻加緩凝劑，推遲水化熱的峰值期。

（7）摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，使混凝土得到補償收縮，減少混凝土的溫度應(yīng)力。

（8）改善約束條件。根據(jù)工程特點，可以采取某些措施，降低外約束力。例如 在大體積混凝土下設(shè)置滑動的墊層，通常作法是在墊層混凝土上，先鋪一層低強度水泥砂漿，以降低新舊混凝土之間的約束力。為了防止護坡樁對混凝土的約束力，還可在大體積混凝土四周與護坡樁之間砌筑隔離墻，既作為模板，又減小了大體積混凝土的外約束力。

（9）設(shè)置后澆縫。當(dāng)大體積混凝土平面尺寸過大時，可以適當(dāng)設(shè)置后澆縫，以減小外約束力和溫度應(yīng)力，同時也有利于散熱，降低混凝土的內(nèi)部溫度。

（10）當(dāng)分層澆筑時，為了保證每個澆筑層上下均有溫度筋，可建議設(shè)計者將溫度筋作適當(dāng)調(diào)整。溫度筋宜細密，一般用?8鋼筋，間距15㎝，雙向布筋，這樣可以增強抵抗溫度應(yīng)力的能力。上層鋼筋的綁扎，應(yīng)力爭在澆筑下層混凝土后進行，這樣便于混凝土的保溫覆蓋和保持鋼筋的整潔。對于一次綁扎成形的鋼筋網(wǎng)架，混凝土下料高度過大時，應(yīng)采用溜槽或串筒下料，防止混凝土離析。

6.結(jié)束語

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防與控制是一個系統(tǒng)工程，必須從材料、設(shè)計、施工、維護等四個方面進行解決。設(shè)計應(yīng)積極采用先進技術(shù)，結(jié)合成熟的技術(shù)措施，提出了切實可行的理論和實用的控制措施，在實踐中，經(jīng)濟合理。物資調(diào)配科學(xué)、施工組織合理安排，確保大體積混凝土的質(zhì)量。嚴(yán)格按照施工規(guī)范、施工程序，提高了操作流程和加強養(yǎng)護，防止和減少大體積混凝土裂縫，工程裂縫的危害控制到最低限度。

參考文獻：

[1]高層建筑建筑施工手冊.中國建筑出版社.

[2]大體積混凝土施工手冊.中國建筑工業(yè)出版社