探析房屋建筑工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)

李育根

中電建建筑集團(tuán)有限公司 北京 100120

大體積混凝土的特點(diǎn)是體積大，即使最小的尺寸也有1m，雖然具備很多施工優(yōu)勢，但由于結(jié)構(gòu)厚實、表面系數(shù)較小，水化熱釋放比較集中，極其容易受水泥水化熱影響產(chǎn)生溫度變形，或因內(nèi)外溫差和自身收縮產(chǎn)生危害性裂縫。裂縫問題嚴(yán)重影響了房屋建筑的整體性和使用功能。如果沒有采取合理的措施對大體積混凝土施工進(jìn)行控制，將會給房屋建筑工程帶來極大的質(zhì)量損害，即大體積混凝土的施工技術(shù)要點(diǎn)就在于對裂縫的控制。

1 大體積混凝土定義與特點(diǎn)

1.1 大體積混凝土結(jié)構(gòu)定義

在房屋建筑結(jié)構(gòu)施工中主要采用鋼筋混凝土與混凝土作為其材料，隨著高層建筑規(guī)模的擴(kuò)大，在高層房屋建筑或超高層建筑中都普遍采用大體積混凝土結(jié)構(gòu)。但目前業(yè)界對于大體積混凝土定義并無統(tǒng)一規(guī)定，美國ACI認(rèn)為，大體積混凝土澆筑中需要采取一定的控制措施，來解決因水化熱導(dǎo)致體積變形問題，減少混凝土開裂。而日本JASSS則認(rèn)為，大體積混凝土結(jié)構(gòu)最小斷面尺寸應(yīng)超過80cm，因水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部與表層溫度差超過25℃。在符合上述條件者則為大體積混凝土[1]。

1.2 大體積混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）混凝土材質(zhì)自身性質(zhì)為脆性，從而決定其抗拉強(qiáng)度與拉伸變形能力小，在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中自身的斷面大，水泥用量多，在混凝土澆筑完成后，水泥熟化會釋放大量水化熱，但在大體積混凝土內(nèi)部散熱條件有限，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度快速升高，從而在混凝土內(nèi)部蓄積大量熱量，使混凝土內(nèi)部溫度與表層溫度超過25℃，這時混凝土體積會產(chǎn)生變化，即產(chǎn)生溫度變形。另外混凝土的彈性模量小，徐變大，隨著混凝土溫度變形，升溫產(chǎn)生壓應(yīng)力較小，但混凝土溫度在降低的過程中，其彈性模量會隨之增加，徐變小，在一定條件下混凝土不能產(chǎn)生自由伸縮，從而導(dǎo)致混凝土拉應(yīng)力增加，在大體積混凝土底部會產(chǎn)生收縮，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度的情況下，使混凝土產(chǎn)生開裂，抗拉強(qiáng)度降低，出現(xiàn)混凝土滲漏[2]。

（2）在高層房屋建筑基礎(chǔ)工程施工中廣泛應(yīng)用大體積混凝土，對于混凝土強(qiáng)度等級要求較高，在建筑基坑內(nèi)采用大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于混凝土內(nèi)部散熱慢，內(nèi)部基礎(chǔ)復(fù)雜，鋼筋直徑大，配筋量多，混凝土和變形模量相差大，在混凝土收縮時容易使鋼筋表面出現(xiàn)輻射性裂縫。

（3）混凝土材料主要是由骨料、水泥石和水分等所組成，因其自身組成成分特性，混凝土是一種非均質(zhì)材料，當(dāng)外部溫度與濕度等條件的變化下，混凝土發(fā)生硬化，使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻體積變形問題，這種情況通常是由于水泥石收縮大，骨料收縮小，或者是水泥石熱膨脹系數(shù)大，骨料熱膨脹系數(shù)小等原因所造成，在體積變形過程中混凝土各個組成成分之間會產(chǎn)生約束應(yīng)力，從而造成水泥石產(chǎn)生微裂現(xiàn)象。

（4）在大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面尺寸和自身受力大小會存在一定差異，從而使構(gòu)件配筋量與剛度產(chǎn)生差異，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力差異產(chǎn)生，在各個構(gòu)件差異處導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷裂。

（5）在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生水化熱，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，在長期內(nèi)會直接作用于混凝土結(jié)構(gòu)，在大體積混凝土結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)荷載產(chǎn)生應(yīng)力，從而增加了混凝土拉應(yīng)力，產(chǎn)生應(yīng)力裂縫[3]。

2 大體積混凝土的主要構(gòu)造原則

2.1 保濕性原則

應(yīng)用大體積混凝土施工技術(shù)需要重視三方面：a.在混凝土凝固過程中，會有較多熱量在水泥水化的情況下散發(fā)出來，而混凝土外部與內(nèi)部會因大體積混凝土較為厚實的特點(diǎn)產(chǎn)生溫差，為了解決這個問題，要做好混凝土澆筑速度的控制工作。b.必須要重視材料的選擇，嚴(yán)格謹(jǐn)慎地挑選材料，其中最關(guān)鍵的是水泥主材的選擇。c.控溫手段會因不同的構(gòu)建模板產(chǎn)生差異，所以要盡可能與實際情況相結(jié)合選擇構(gòu)建模板[4]。

2.2 材料配比合理性原則

在進(jìn)行房屋建筑施工時要做好材料配比的計算工作，適配次數(shù)要盡可能增加，確保混凝土能夠合理配比。尤其要重視水泥的合理配比，因為水泥水化會散發(fā)較多熱量，選擇一個比較合適范圍的水灰比，使混凝土散熱盡可能減少，還可以減少混凝土開裂。

3 房屋建筑工程大體積混凝土施工質(zhì)量問題

3.1 施工耗材較多

在進(jìn)行大體積混凝土施工的過程中，使用到的混凝土的用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般混凝土工程的量。因此在進(jìn)行大體積混凝土施工之前，要做好完善的工程預(yù)算工作。如果施工之前的預(yù)算不到位，很可能出現(xiàn)施工過程中材料供應(yīng)不足的問題，特別是在攪拌和運(yùn)輸?shù)倪^程中，如果預(yù)算出現(xiàn)偏差，極有可能導(dǎo)致材料不能協(xié)調(diào)。大體積混凝土施工不同于小體積混凝土施工，大體積混凝土施工的土方用量較大，施工過程中若材料來不及供應(yīng)將導(dǎo)致施工的中斷，施工不連續(xù)的最終后果是施工后期出現(xiàn)混凝土裂縫。因此大體積混凝土施工時候，做好預(yù)算工作是十分重要的。

3.2 預(yù)應(yīng)力的控制

在大體積混凝土施工過程中，工程預(yù)應(yīng)力的變化相對復(fù)雜。一般情況下，大體積混凝土內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力還是比較穩(wěn)定的，大體積混凝土預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定也是其相對于小體積混凝土的優(yōu)勢之一，但在實際施工的過程中，工程受到的預(yù)應(yīng)力的趨勢會有很大的不確定性，這樣的不確定性就給施工帶來了很大的困難，如果大體積混凝土的重心出現(xiàn)偏移，很可能導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)體系的受力變換。因此在大體積混凝土施工的環(huán)節(jié)中，控制好預(yù)應(yīng)力也是工程的一大重點(diǎn)和難點(diǎn)[5]。

3.3 施工參數(shù)的設(shè)定

大體積混凝土施工過程中的另一個技術(shù)難點(diǎn)在于工程參數(shù)的設(shè)定，由于大體積混凝土體積較大，其厚度和尺寸與普通混凝土都有很大差異，因此施工尺寸要控制在誤差范圍內(nèi)，同時混凝土的強(qiáng)度系數(shù)和級配系數(shù)也是很重要的參數(shù)，要按照工程要求控制好。有些施工人員施工前不制定合理的參數(shù)，而是按照慣例來施工，這樣的施工方式可以應(yīng)用于小體積混凝土工程中，因為小體積混凝土預(yù)留了施工縫，個別混凝土的尺寸出現(xiàn)偏差不會對工程總體造成很大的影響。但是大體積混凝土不同，如果施工之前按照慣例制定參數(shù)，混凝土尺寸很小的偏差都可能對工程總體造成很大的印象，從而導(dǎo)致工程受力不均勻。因此在進(jìn)行大體積混凝土施工之前，要嚴(yán)格制定好施工參數(shù)，做好尺寸的校對工作。

3.4 施工過程中溫度的控制

大體積混凝土施工過程中對溫度的控制直接決定了施工的成敗，是整個工程技術(shù)的核心。大體積混凝土施工過程中，有大量的原材料參與到攪拌等一系列的施工過程中，發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致混凝土快速變熱?；炷恋膬?nèi)部溫度在這一過程中，若溫度超過臨界值，就很容易影響到工程的質(zhì)量，這些過高的溫度將導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度急劇升高，從而發(fā)生膨脹。在混凝土膨脹過程中，內(nèi)部預(yù)應(yīng)力會發(fā)生改變，預(yù)應(yīng)力的不規(guī)則變化將導(dǎo)致混凝土內(nèi)部拉力不斷升高，從而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。另外，在混凝土澆筑施工完成之后，溫度將會逐漸冷卻，在溫度冷卻的過程中，很可能出現(xiàn)收縮性的裂縫，因此在混凝土凝固過程中的溫度控制也是十分重要的，只有控制好這一時期的溫度，才能有效預(yù)防施工裂縫的產(chǎn)生。

4 房屋建筑大體積混凝土施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)和具體應(yīng)用

4.1 房屋建筑大體積混凝土施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

房屋建筑大體積混凝土施工技術(shù)的實際應(yīng)用當(dāng)中，要注重要點(diǎn)的把握，施工中按照保溫的原則，混凝土固后內(nèi)部熱量不能有效發(fā)散，從而就會造成內(nèi)外部溫差大造成裂縫，所以在施工中就要在材料的質(zhì)量上得以保障，混凝土澆筑的速度合理控制，構(gòu)件模板不同在溫度控制的手段也是不同的，結(jié)合實際施工情況選擇合適的溫度控制方法。在材料的配合比的控制環(huán)節(jié)要加強(qiáng)重視，材料配合比要進(jìn)行精確的計算，增加適配次數(shù)保障其配比合理化。房屋建筑大體積混凝土施工如果是遇到天氣比較寒冷的季節(jié)，就要注重對混凝土加熱處理，室外溫度低于五攝氏度就要進(jìn)行搭建暖棚，對鋼筋保溫以及混凝土加熱處理，從而保障大體積混凝土施工的質(zhì)量。大體積混凝土施工養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)也是比較重要的，在這一施工過程中，就要充分注重選擇科學(xué)的養(yǎng)護(hù)方式，養(yǎng)護(hù)工作執(zhí)行人員要嚴(yán)格按照要求，樹立責(zé)任觀，做好養(yǎng)護(hù)的每個工作內(nèi)容。

4.2 房屋建筑大體積混凝土施工技術(shù)應(yīng)用

（1）施工材料的選擇。在大體積混凝土施工之前，施工單位要先對材料消耗的預(yù)算有把握，做好材料的準(zhǔn)備工作。施工之前，物料員要對不同強(qiáng)度的混凝土進(jìn)行分類，并做好混凝土需求量的初步預(yù)算工作。配比的方式要使用馬歇爾體系的級配系數(shù)，并根據(jù)施工的具體情況進(jìn)行調(diào)整。大體積混凝土的施工材料的選擇要格外注意，要按照大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選材，重點(diǎn)關(guān)注能夠降低混凝土水熱化的材料，并將其合理應(yīng)用。在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，水泥的含量比例越低越好，因為水泥會導(dǎo)致水熱化現(xiàn)象，降低水泥配比則能降低水熱化的溫度。在混凝土材料中，可以加入一定的化學(xué)藥劑來提高大體積混凝土的施工質(zhì)量，例如在混凝土中加入一定比例的煤灰能夠延緩混凝土凝固的時間，使凝固的時間變長，從而避免因為混凝土的快速凝固而導(dǎo)致溫度快速升高，從而降低了溫度的最高值。同時，還應(yīng)該控制好混凝土中骨料的比例，一般情況下混凝土中的骨料比例為80%。在選擇骨料原材料時，要選擇質(zhì)量優(yōu)良的材料施工，這樣才能保證混凝土的施工質(zhì)量。

（2）大體積混凝土配合比設(shè)計?？茖W(xué)合理的混凝土配合比也是保障施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在，混凝土的配合比包括水泥用量、摻合料、外加劑和沙骨料等材料的配比。對水泥進(jìn)行選擇，需要從其質(zhì)量穩(wěn)定性進(jìn)行入手，從而保證其能夠?qū)⒒炷恋目沽研阅苓M(jìn)行改善和增強(qiáng)，并選擇C3A含量較低的材料。細(xì)骨料也是大體積混凝土施工中的重要內(nèi)容，其選擇應(yīng)該選擇級配較好的中砂，應(yīng)選用緩凝性的高效減水劑。對大體積混凝土展開配合比設(shè)計工作，需要保證其能夠符合實際的工程需要，加強(qiáng)其穩(wěn)定性，抗?jié)B性和耐久性等，并能夠從大體積混凝土施工工藝的特性進(jìn)行出發(fā)，保證配合比的合理性和有效性，能夠?qū)⒒炷恋慕^熱溫升值原則進(jìn)行嚴(yán)格遵守。

（3）混凝土的澆筑技術(shù)要點(diǎn)?；炷翝仓饕袃煞N澆筑方式，即分層連續(xù)澆筑，以及推移式連續(xù)澆筑，在澆筑中應(yīng)明確混凝土攤鋪厚度，根據(jù)振搗器作用深度與和易性來明確，在泵送混凝土?xí)r應(yīng)確?；炷翑備伜穸葢?yīng)在600mm以內(nèi)，在采用非泵送混凝土?xí)r，其攤鋪厚度控制在400mm內(nèi)。不論采用哪種混凝土澆筑方式，層間間隔時間應(yīng)盡量在混凝土初凝前，時間縮短，對次層混凝土進(jìn)行澆筑，層間最長時間間隔應(yīng)不超過混凝土初凝時間。對于澆筑面積大，澆筑能力不足與連續(xù)澆筑層厚度不超過3m的混凝土結(jié)構(gòu)工程施工中，建議采用推移式連續(xù)澆筑施工方式。而分層澆筑施工是大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中常用的一種方法，這種澆筑方式便于振搗，有利于保證混凝土澆筑質(zhì)量，可利用混凝土層面散熱，有利于降低大體積混凝土澆筑塊溫升。在混凝土澆筑中還普遍存在泌水現(xiàn)象，為確?；炷翝仓|(zhì)量，應(yīng)對混凝土表面泌水進(jìn)行及時清除，通常泵送混凝土水灰比較大，也存在有嚴(yán)重泌水現(xiàn)象，如不及時清除則會對混凝土質(zhì)量產(chǎn)生影響。此外，在混凝土澆筑完成后，應(yīng)根據(jù)溫控技術(shù)措施對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使混凝土澆筑塊體內(nèi)外溫滿足溫控指標(biāo)要求，在混凝土養(yǎng)護(hù)中應(yīng)保持表面濕潤。降低混凝土澆筑體塊降溫速度，利用混凝土抗拉強(qiáng)度，提高其抗裂能力，防止產(chǎn)生溫度裂縫。在混凝土澆筑5h內(nèi)表面會出現(xiàn)塑性裂縫，可以采用二次澆灌層和二次壓光處理，在澆筑后可以對混凝土表面采用草袋鋸末和塑料薄膜覆蓋，在寒冷季節(jié)可以設(shè)置擋風(fēng)保溫棚。

（4）大體積混凝土結(jié)構(gòu)的振搗。只有確?；炷两Y(jié)構(gòu)的科學(xué)配比攪拌，才可以保證混凝土質(zhì)量合格，之后再順利地完成澆筑作業(yè)，還需配合科學(xué)的振搗。通常情況下振搗可以分為機(jī)械振搗與人工振搗，相比之下機(jī)械振搗的應(yīng)用范圍更加廣泛，人工振搗主要涉及邊角部位或者機(jī)械振搗難以施展的地方。在振搗過程中，需要控制振搗頻率、速度與振搗時間，能夠使混凝土拌合料顆粒之間達(dá)到一種平衡狀態(tài)，使拌合料顆粒充足達(dá)到密實，過程中所產(chǎn)生的液化在自重作用下經(jīng)過擠壓上升到表面，直至無氣泡出現(xiàn)才能停止振搗，從而滿足混凝土振搗要求。另外，振搗過程中需要注意：振搗過程必須保持均勻，在上下抽動振搗棒的過程中保持50-100mm的距離；還要確保振搗時間的間隔；對混凝土振搗的時候還要確定初凝的情況。

（5）大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)技術(shù)。結(jié)束各道工序以后也要繼續(xù)對大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)，尤其是在混凝土澆筑工作結(jié)束后，要做好灑水、壓平覆蓋塑料薄膜等工作。同時也要注意環(huán)境溫度問題，根據(jù)天氣或溫度調(diào)整混凝土表面覆蓋物。對混凝土展開養(yǎng)護(hù)工作，首先需要展開常規(guī)養(yǎng)護(hù)工作，還需要能夠從溫控技術(shù)措施進(jìn)行入手，促進(jìn)養(yǎng)護(hù)工作的進(jìn)一步加強(qiáng)。在實際的工作過程中，其對應(yīng)的養(yǎng)護(hù)時間需要控制在28d內(nèi)，并需要將保溫覆蓋層進(jìn)行逐步拆除。同時，還需要相關(guān)人員能夠定期的對塑料薄膜進(jìn)行檢查，保證其養(yǎng)護(hù)涂層的完整性，促進(jìn)混凝土表面的浸潤性。同時，在開展保溫保護(hù)工作的過程中，還需要定期展開對混凝土澆筑體的表面溫差進(jìn)行檢測，同時監(jiān)測其降溫速率，一但其所對應(yīng)的值與實際需求不相符合，則需要對其保溫養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行有效調(diào)整。針對夏家天氣較熱，進(jìn)行混凝土施工，需要對其施工的原材料激進(jìn)型遮蓋，減少其受到陽光直射的概率，并將冷卻水進(jìn)行應(yīng)用實現(xiàn)對混凝土的攪拌過程。必要時也可以在混凝土內(nèi)埋設(shè)冷卻管通水冷卻。

（6）大體積混凝土的溫測技術(shù)。由于大體積混凝土施工技術(shù)不同于其他技術(shù)的優(yōu)勢，在對其施工技術(shù)使用的時候，會產(chǎn)生水泥的水化反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量的熱能。一旦這些熱能在結(jié)構(gòu)中不能揮發(fā)出去，就會造成混凝土內(nèi)外之間的溫差逐漸增加，最終產(chǎn)生裂縫問題。因此，要求施工人員根據(jù)混凝土的實際情況對其溫度進(jìn)行測量，利用科學(xué)的方法，控制混凝土的溫度，最終防止裂縫問題的發(fā)生。利用專業(yè)的溫度測量儀器進(jìn)行實際測量，通過對當(dāng)前大體積混凝土溫測技術(shù)研究，較多的采用電阻性溫度計，這種溫度計具有一定的針對性，工作人員選擇合適的測溫點(diǎn)與測溫線，能夠?qū)崿F(xiàn)更加準(zhǔn)確的溫度測量。

5 結(jié)語

綜上所述，中國建筑行業(yè)的發(fā)展，對大體積混凝土施工技術(shù)起到了很大的影響作用。中國的土木工程建設(shè)中隨著施工技術(shù)與管理水平的提高，對新技術(shù)的使用逐漸增加。而新技術(shù)就需要采取新的管理措施，才可以保證工程的質(zhì)量與施工順利。其中，大體積混凝土施工技術(shù)在使用的過程中，涉及到的施工就需要工作人員針對每一個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，從而保證土木建筑工程的施工質(zhì)量與后期的使用安全，為城市的發(fā)展與社會的穩(wěn)定奠定堅實的基礎(chǔ)。