大體積混凝土結構施工技術在土木工程建筑中的應用分析

文／王緯卿 棗莊拓宇置業(yè)有限公司 山東棗莊 277000

鐘以聰 棗莊市工程建設監(jiān)理有限公司 山東棗莊 277000

引言：

隨著城市規(guī)模不斷擴大，新建工程數量也隨之增多，并且多數為大規(guī)模、多功能的建筑形式，這也使得大體積混凝土結構施工技術應用越來越廣泛。大體積混凝土結構，顧名思義是比普通混凝土結構體積更大的混凝土結構，其結構承受荷載量更大，更容易產生水化熱現象，從而增加裂縫生成率。因此，大體積混凝土結構施工整體性要求高、技術要求高，想要保證土木工程整體施工質量，就必須要加強大體混凝土結構施工技術控制，最大程度上減少裂縫生成率。此外，還需要結合工程建設實際要求做好施工方案設計工作，在施工現場加強質量管理，第一時間發(fā)現問題、第一時間解決問題，保證大體積混凝土結構的整體施工效益。

1.大體積混凝土結構相關闡述

大體積混凝土結構是實體幾何尺寸不小于1m 的大體量混凝土結構[1]。當代高層建筑、大型建筑、綜合體建筑施工中均會涉及到大體積混凝土結構，其最大特點就是體積大、斷面大（各面幾何尺寸均在1m 以上），也正是由于該特性，導致大體積混凝土結構水化熱過于集中、內部溫度難以排出。一旦混凝土結構內外溫差過大，收縮應力大于抗拉應力，就會生成溫度裂縫，輕則影響建筑工程美觀性、重則影響土木工程結構的穩(wěn)定性。

2.大體積混凝土結構出現裂縫的主要原因

2.1 水泥水化熱

水泥作為一種不穩(wěn)定材料，遇水會產生水化熱化學反應，生成大量的熱能。大體積混凝土結構斷面厚度通常在1m 以上，大體積結構讓內部水化熱反應更加劇烈，且釋放熱量難以外排，集中在結構內部區(qū)域，而混凝土結構表面受到環(huán)境溫度影響會快速排熱。出現內部溫度高、外部溫度低的溫差梯度，而溫差梯度大小是影響裂縫生成的重要因素[2]。

2.2 外界溫度變化

混凝土對環(huán)境溫度變化十分敏感，再加上大體積混凝土由于工作量大，整個澆筑時間較長，在此期間周圍環(huán)境可能會出現較大波動情況。一旦周圍環(huán)境溫度迅速下降，則表面溫度也會隨之降低，內部溫度幾乎不受影響，產生較大的內外溫差和內外溫度應力，溫差越大越容易產生裂縫問題。

2.3 混凝土自收縮

2.3.1 水泥因素

水泥是混凝土結構的重要原材料，不同水泥的特性也存在差異，每種水泥都有自身的使用性能，其自收縮力也不同。通常情況下，早強水泥、鋁酸鹽水泥自收縮值更大一些，中低熱水泥自收縮值更小一些，而礦渣水泥在使用前期自收縮值較小，使用后期自收縮性較大。此外，不同細度的水泥其自收縮值也存在差異，水泥細度越大，其早期自收縮值就越大。

2.3.2 外加劑因素

為了緩解水泥的自收縮值，通常會通過加入高效減水劑提高流動系數，但所添加的各個類型、各個品牌減水劑對自收縮控制差距較小。一般情況下，減水劑可減少水泥50%的自收縮值，這是因為減水劑可以降低毛細水表面張力。膨脹劑不同種類對減少自收縮值的作用存在較大差異，如氧化鈣類型膨脹劑主要功能是減少全周期自收縮值，還有一些膨脹劑主要作用于早期自收縮值控制，對后期結構自收縮值作用不大。

2.3.3 礦物摻和料因素

當前建筑行業(yè)都在朝向綠色建筑方向發(fā)展，很多工程都在混凝土材料中添加礦物材料，從而減少其他原材料加入比例。如果單位面積礦渣添加量在400 m2/kg 時，隨著礦渣添加量增加其120 天內自收縮應力也會隨之增大，在單位面積礦渣添加量在338 m2/kg 時，其120 天內自收縮應力則不會隨之變大。硅灰添加值與混凝土自收縮值成正比，硅灰比值越大、自收縮值越大。粉煤灰添加比例與混凝土自收縮值成反比，粉煤灰添加比重越大、自收縮值越小，特別是混凝土澆筑早期階段，其控制自收縮性能十分明顯，但粉煤灰占比超過1/5 后，自收縮值減少效果變差。可見，礦物摻和料可以影響混凝土的自收縮值，錯誤使用礦物材料不僅在控制自收縮值方面作用不明顯，同時還會影響混凝土整體性能。

2.3.4 其他

水泥自收縮值的最大影響因素是溫度，特別是超出15-40℃溫度范圍，對水泥自收縮值和自收縮速度影響非常大。減少水灰比也會影響自收縮值和自收縮速度?；炷琉B(yǎng)護也是控制裂縫的重要環(huán)節(jié)，如果養(yǎng)護不及時，會加大溫度對混凝土結構的影響。骨料占比也會影響混凝土的自收縮值，二者成反比關系，并且不同骨料對混凝土自收縮值影響也存在差異，人工骨料制作的混凝土要比自然骨料制作的混凝土自收縮值更低，而輕骨料由于密度較低、含水率較高，也會增大混凝土自收縮值[3]。

2.4 結構材料

結合建筑行業(yè)提出的相關標準施工是保證工程質量的基本要求，特別是大體積混凝土結構材料質量，會直接影響混凝土結構整體質量的根本原因。部分施工單位為了控制施工成本，在材料選擇中以低價材料為主，某些材料無法達到設計標準，如砂石骨料含水量過高，且沒有做好含水量監(jiān)測，從而導致混凝土強度達不到施工要求。

3.大體積混凝土結構施工技術在土木工程中的應用

3.1 工程概況

某綜合體建筑是集商業(yè)、辦公公寓為一體的現代化建筑，包括辦公區(qū)域、住宅區(qū)域、地下車庫等，建筑總面積達到了2.4 萬m2。該建筑為鋼筋混凝土剪力墻結構，基礎底板厚度為250mm、混凝土總方量為800 m2以上，是典型的大體積混凝土結構。工程設計要求大體積混凝土連續(xù)澆筑時間在27 小時內。因此，在工程前期組織設計中，重點從固定地泵、配備運輸罐車、商品混凝土供給、行車路線優(yōu)化、澆筑組預備、設備安排、澆筑分區(qū)、分層設計等諸多方面著手控制，認真布置施工現場、安排現場質量管理，預計混凝土澆筑速度達到30m3/h 以上，27 小時內連續(xù)澆筑完成最終任務。

3.2 施工準備工作

相比普通的混凝土建筑結構，大體積建筑結構施工技術要求更高，特別是要注重因水化熱引起溫差變化而產生的裂縫問題。所以在前期準備工作上應從材料選擇、混凝土配比、施工現場處理等方面著手，從而取確保大體積混凝土結構順利施工[4]。

3.2.1 材料選擇

（1）水泥。在水泥選擇中，考慮到普通水泥具有較高的水化熱，在大體積混凝土結構中熱量難以排出，導致結構內部溫度過高，與表面結構溫差較大增加內部應力，從而增加裂縫生成率。因此本工程選用硅酸鹽水泥（水化熱較低），水泥標高為P·O42.5，并加入一定量的外加劑提升混凝土性能，強化抗?jié)B能力。

（2）粗骨料。本工程粗骨料選用5-25mm、含泥量低于1%的碎石。碎石粒徑較大、級配較好，可提升混凝土抗壓強度與和易性，并且有助于降低水泥、水用量，控制混凝土整體的水化熱和自收縮值。

（3）細骨料。本工程細骨料選用粒徑在0.5mm以上、含泥量低于5%的中砂。采用平均粒徑較大的中、粗砂制備混凝土，可有效減少10%的用水量和水泥量，降低混凝土水化熱和自收縮值。

（4）粉煤灰。上文所述可知，加入適量的粉煤灰可提升混凝土整體性能。本工程采用了泵送澆筑方案，這就需要提升混凝土和易性，添加適量的粉煤灰。行業(yè)規(guī)定大體積混凝土結構施工中粉煤灰取替硅酸鹽水泥量最大值為25%。粉煤灰可強化混凝土性能已經成為行業(yè)共識，但也不能過量摻入，否則會起到反向作用降低混凝土早期抗拉性能，提高裂縫生成率，因此本工程設計粉煤灰用量為8%，采用外摻法（不減少水泥用量）[5]。

（5）外加劑。本工程設計沒有提到外加劑使用要求，結合以往工程施工經驗以及對比分析，混凝土膨脹劑用量為2kg/m3，從而降低水化熱峰值，起到自收縮值的補償功能，降低裂縫生成率。

3.2.2 混凝土配合比

本工程混凝土制作在攪拌站統(tǒng)一完成，因此按照設計標準提出混凝土制作技術標準，提前做好試配工作，并確定最終配比值。粉煤灰由于采用的是外摻法，在不減少水泥用量的基礎上，替換同體積的砂料。

3.2.3 現場準備工作

分段進行底板鋼筋、墻柱插筋施工，提前做好隱蔽工程的驗收。基礎底板積水坑用木模板支模。在墻柱鋼筋上標注底板標高，用于澆筑找平。提前準備好塑料薄膜、草席等材料，用于預埋測溫管和養(yǎng)護保溫。項目經理負責做好現場水電準備工作，用于施工照明和混凝土結構振搗。做好施工小組、管理小組、后勤小組、保衛(wèi)小組的排班工作，落實崗位責任、明確工作內容，確保后續(xù)工作可以順利進行。

3.3 大體積混凝土溫度與溫度應力

為了保證本工程大體積混凝土整體施工質量，應控制基礎底板混凝土溫度，設置好測溫設置。基礎底板混凝土中心點水化熱溫度峰值通常略低于絕熱溫升值，通常在澆筑后3 天達到最高熱值，后期溫度逐漸趨于平穩(wěn)下降趨勢。結合規(guī)定標準，養(yǎng)護階段應結合周圍環(huán)境溫度采取對應保護措施，定測混凝土結構內部和表面溫度，盡可能減少內外溫度差。在無具體內外溫差要求時，將內外最大溫差控制在25℃以內[6]。本工程設計階段沒有提出混凝土結構內外溫差標準值，則按照不超過25℃標準執(zhí)行。如果結構表面溫度較低，可以適當加厚保溫層。

3.4 大體積混凝土施工

3.4.1 施工順序

本工程采用由西向東連續(xù)澆筑施工方法，其具體流程為：（1）布設汽車泵；（2）驗收混凝土，且要求質量達標；（3）開啟、泵送砂漿、潤管；（4）混凝土連續(xù)澆筑；（5）混凝土振搗；（6）推進作業(yè)面；（7）振搗循環(huán)，結構表面整平、壓實、抹光；（8）二次整平、壓實、抹光；（9）混凝土養(yǎng)護；（10）測溫與溫控。

3.4.2 混凝土澆筑

混凝土采用專業(yè)的運輸罐車運輸，并配備一臺輸送泵，提高澆筑效率。泵送混凝土厚度控制在500mm 以內。本工程采用推移式連續(xù)澆筑施工，進行分層、分段澆筑。根據橫截面大小確定分段數量，在橫截面不超過200 m2時，分段不超過2 段；在桁架面不超過300 m2時，分段不超過3 段，保證每段面積不低于50 m2。每段施工厚度控制在1.8m 左右。本工程外墻根部施工縫設置在底板上30cm 位置，該區(qū)域設有鋼管、梯子筋、止水帶，因此泵送下料應從兩側進行，避開中心位置，且要求振搗施工更加慢速、細致。防水混凝土抗?jié)B試塊要求不低于2 組，考慮本工程量并不大，采用2 組試塊進行防水試驗。

本工程為定點下料，從兩側向中心的順序對稱振搗，控制振搗棒插入深度，不得觸碰鋼筋?；炷琳駬v過程中要求振動棒上下小幅度抽動，可保證振搗的均勻度，振搗時間控制在20-30s/次范圍內，判斷標準為砂漿表面無氣泡產生、均勻溢漿。技術人員按照施工方案指定振搗次序，每次移動距離不超過振搗棒有效作用半徑的1.25 倍，本工程移動量為35cm 左右。振搗棒應“快插慢拔”，保證振搗密實度，按照“先下后上”的順序振搗，可防止“松頂”問題[7]。

大體積混凝土澆筑與振搗時可能會出現泌水情況，從而影響混凝土結構強度。對此需采用排水、消除泌水措施。上涌泌水會順著結構坡度流入到坑底，具體可根據流水情況，將其排放到電梯井或集水坑中，并使用排水泵抽走，局部難以排除或少量泌水可用吸水海面去除。

考慮到大體積混凝土坍落度相對較高，容易在表面鋼筋底部形成分水或鋼筋上部混凝土生成細小裂縫。為了減少這種現象發(fā)生，在完成澆筑且初凝前以及混凝預沉后進行二次平整表面、壓實。混凝土泵送、振搗的表面厚度較大，增加了裂縫生成率。對此，應控制最上層混凝土振搗時間，避免時間過長產生厚浮漿層，完成振搗后使用括尺刮除表面浮漿層，按照標準的標高控制點整平表面。對于凹陷部位應用相同配比混凝土填充、抹平。混凝土初凝前進行二次抹光，仔細打磨平整、保證平整度，這樣可讓初凝前產生的細小裂縫閉合?；炷聊唐陂g除了必要的施工工序，不得在表面上施加應力，完成收漿工作后覆蓋保溫層進行養(yǎng)護。

3.4.3 混凝土測溫

在底板澆筑過程中應設有專人負責測溫管預埋工作，測溫設計圖布置測溫線路，并與鋼筋綁扎，保證綁扎牢固性，避免出現移動情況。為了同時測試淺層、深層混凝土溫度，每組設置2 根長度不同的測溫線。測溫線應使用保護措施避免觸頭部位受潮銹蝕。在測溫線附近做好標志，如設置木塊，方便維護期間找尋。派專人負責測溫工作，并落實好技術要求和崗位內容，全天分2 班開展測溫作業(yè)。每個測溫孔位均要定期檢測，并填寫好測溫記錄信息。測溫工作要求連續(xù)進行，待到養(yǎng)護完畢后進行最后一次測溫，由技術負責人檢驗合格后方可停止測溫。在測溫期間一旦產生異常波動，如溫差達到25℃及以上，則要及時聯系負責人和技術人員，并探究具體原因，及時采取解決措施[8]。

3.4.4 混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑過程中二次抹面壓實是最后一道工序，完成之后立即開展保溫工作。先在混凝土表面覆蓋一層草席，再覆蓋一層塑料薄膜，起到雙層保溫作用。覆蓋草席和塑料薄膜可避免表面水分流失過快生成裂縫。保溫養(yǎng)護重點和難點是墻柱插筋位置，要檢查覆蓋處是否有遺漏情況，避免受凍或溫差過大。待到達到養(yǎng)護時間，經測溫小組檢測內外溫度差達標后即可逐漸撤掉塑料薄膜和草席。

3.5 質量控制管理措施

主要管理措施如下：

（1）制作混凝土的所有原材料均進行質量檢驗，檢驗合格后再投入使用，不合格產品批量退回。注意各項原材料的使用溫度，保證實際入模溫度與理論溫度相差不大。

（2）混凝土制作中由專人負責添加外加劑，嚴格按照設計標準和使用說明控制用量。

（3）逐車檢查商品混凝土質量，測定溫度、坍落度，確保與試驗制備混凝土標準相同，嚴禁施工現場對混凝土臨時加水[9]。

（4）保持混凝土連續(xù)澆筑，間歇最大時間為4 小時，在混凝土表面溫度達標后再進行下一層混凝土澆筑。

（5）設置專人負責混凝土測溫與養(yǎng)護，做到及時發(fā)現問題，及時向項目負責人報告。

（6）將基槽內雜質全部清除干凈后再進行混凝土澆筑施工。

3.6 安全文明施工

安全文明施工主要表現以下幾點：

（1）現場所有施工人員、管理人員、技術人員均要配備防護措施。

（2）振搗人員應佩戴防護手套，2 人一組，一人持振動棒、一人觀察電機，根據順序挪動電機，嚴禁拖拉損壞電線。

（3）檢查漏電保護器是否有效，電機外殼做好接零保護，架管和鋼筋上不得搭接、捆綁電線，避免磨破漏電。

（4）及時安排人員清理施工現場的落地灰、混凝土塊、木塊等雜質，保證現場干凈整潔。

（5）項目負責人安排并指揮罐車入場，夜間不得鳴笛影響周圍居民休息，進場不得行駛過快，避免引發(fā)交通事故。

結語：

綜上所述，大體積混凝土結構在土木工程領域中應用十分廣泛，為了保證大體積混凝土結構施工質量、減少裂縫生成率，必須要做好前期準備工作，嚴格按照設計標準、施工方案開展作業(yè)。在施工中，應做好現場質量管理和技術指導工作，嚴控每道施工工序，及時發(fā)現問題及時解決問題。完成澆筑后立即保養(yǎng)，實施監(jiān)控混凝土結構內外溫差，這樣才能夠保證大體積混凝土整體施工質量。