淺談大體積混凝土施工

摘要:結合施工現場的特定條件，采用冷卻管降溫，有效地降低了泵送大體積混凝土內部的最高溫升。

關鍵詞:溫度應力 水化熱 大體積混凝土

0 引言

隨著我國建筑事業的迅猛發展，越來越多的大型工業建筑基礎、高層建筑的深基礎底板，其它重力底座構筑物等，都采用了大體積混凝土結構。大體積混凝土是指最小斷面任何一個方向尺寸大于0.8m以上的混凝土結構，或者必須采用相應的技術措施降低其溫差，控制溫度應力裂縫開展的混凝土。大體積混凝土由于具有結構厚、體形大、混凝土澆筑數量多、工程條件復雜和施工技術要求高等特點，所以由外荷載引起裂縫的可能性很小。

1 工程概況

黑河關鳥河水泥有限公司日產2500噸水泥生產線中的水泥儲存庫工程，為六個鋼筋混凝土圓形筒倉，鋼筋混凝土筏板基礎長49.15m、寬33.2m、厚2m，混凝土等級C30，混凝土量為2866m3，屬于大體積混凝土。其施工時溫度應力的影響不容忽視，為防止溫度裂縫，保證工程質量，必須實行溫度控制。

2 施工準備、主要材料、機具設備及砼施工

在現場施工綜合了各方面因素的影響，我們據此對其混凝土澆筑及養護過程采取了以下溫控措施:①精心設計混凝土的配合比并選擇最優材料;②設置冷卻管利用冷卻水導出內部熱量;③改進混凝土的施工技術;④施工過程中，進行溫度觀測并做好詳細記錄，不斷總結經驗，進行適當調整，力求取得最佳溫控效果。

2.1 筏板混凝土施工溫控計算主要依據 在大體積混凝土施工過程中，要有效地控制混凝土內部溫度，必須對混凝土澆筑及養護過程中的溫度變化進行嚴格計算。計算前要對混凝土內部溫度彎化規律及造成大體積混凝土開裂的重要因素有所了解。

混凝土的內部溫度取決于它本身貯存的熱能。在一般情況下，澆筑后混凝土的溫度與外界環境有溫差存在，新澆筑混凝土與周圍環境之間產生熱能交換，混凝土內部溫度是入模溫度、水泥水化熱引起的絕熱溫度與混凝土澆筑后的散熱溫度三者的疊加，其變化規律是由低到高，又由高到低。造成大體積混凝土開裂的主要因素是混凝土與外界環境的溫差，溫差越大，混凝土的溫度變形越大，溫度變形引起的溫度應力也就越大。

基于以上原因，施工前對筏板大體積混凝土進行溫控計算，以下是溫控計算的主要依據:①筏板混凝土膠凝材料擬選用42.5等級普通硅酸鹽水泥(因暫買不到礦渣水泥)摻25%的I級粉煤灰及外加劑。②混凝土選用在9月中旬至10月上旬澆筑，澆筑溫度按18℃考慮。③由于筏板模采用磚模，厚度為240mm，絕熱條件較好，視為絕熱層，可將筏板溫度視為周邊絕熱，僅沿下、上表面散熱的一維熱傳導問題。

溫度應力按自由板的計算方法計算，

Tmax=t0+q/10+f/50=20+350/10+87.5/50=51.75℃

通過計算，制定了筏板混凝土施工溫控標準:①混凝土澆筑溫度不超過18℃。②混凝土內表溫差≤25℃。③控制進水溫度，水溫與混凝土溫度之差≤25℃。

2.2 施工中的溫控措施

2.2.1 混凝土的配合比設計與材料選用

①水泥:混凝土水化熱主要來自水泥膠凝材料，應盡量選擇C3A、C3S含量少，水化熱低的水泥。原則上應選用水化熱較低的42.5等級的礦渣水泥，但是由于我省境內的水泥廠不生產42.5等級以上的礦渣水泥。如果采用32.5等級的水泥配C30制混凝土，這樣增大水泥用量，實際中并沒有降低水化熱，經實際測設決定采用黑河恒基水泥有限公司生產42.5等級的普通硅酸鹽水泥，并參照水泥廠水泥強度的歷史技術資料，充分利用水泥的富余強度，盡時減少水泥用量，降低水化熱。

②粉煤灰:選用哈爾濱市熱電廠I級粉煤灰，取代部分水泥，不僅可以使混凝土水化熱在一定程度上延緩釋放，對于大體積混凝土的溫控極為有利;還可以增加混凝土的后期強度，使混凝土的強度保證提高;另外摻加粉煤灰可以改善混凝土的施工性能，增強混凝土和易性與可泵性。

③混凝土外加劑:摻用哈爾濱鐵路外加劑廠生產HN-1型高效緩凝劑。高效緩凝劑對水泥水化有兩種作用，一是推遲水化開始時間;二是加速硬化后的水化。高效緩凝劑不影響混凝土中水泥的總水化熱，但可明顯改變早期放熱速度，尤其和粉煤灰共同作用，能夠抑制混凝土總水化熱增加過大。

④骨料:本工程由于混凝土為泵送混凝土，粗骨料不可能選用粒徑較大，只能選用級配良好的石子。本工程采用連續級配的10～30mm碎石，并且在施工中加強了混凝土攪拌和振搗質量管理，增強了混凝土的和易性和強度，另外對碎石中的針片狀顆粒嚴加控制，針片狀按重量不應大于15%。

細骨料采用細度模數為2.79，平均粒徑為0.381中粗砂，每立方米可減少用水量30㎏，這樣降低混凝土的溫升和收縮。

砂石含泥量必須嚴格控制，砂石含泥量不大于1%。

⑤水:采用100m深地下井水，因為地下水平均溫度為10℃以下，這樣可以降低混凝土溫升。混凝土配合比經試配作了適當調整。

混凝土配比表㎏/m3

2.2.2 設置冷卻管 由于本公司沒有施工大體積混凝土經驗，并且在混凝土中預埋冷卻管也是第一次，經過現場研究在施工現場澆筑一個2m×2m×2m立方米混凝土，冷卻管采用直徑為32mm薄形鋼管，按水平中心距2m交錯排列。

經過實際試驗確定在施工中冷卻管的間距為2m，能夠滿足混凝土溫度與冷卻溫度之差不超過25℃。

2.2.3 混凝土的施工技術

①混凝土攪拌、輸送及澆筑 混凝土攪拌采用集中攪拌，在施工現場安裝兩個小型混凝土集中攪拌站及兩臺混凝土輸送泵，并要求混凝土攪拌站保證其良好性，以確保混凝土澆筑的連續性。

混凝土采用薄形連續澆筑方法，由東向西大斜面分層下料每層為50cm左右，斜面坡度為混凝土振搗時自然流淌形成的坡度。混凝土的澆筑連續進行，間歇時間盡時縮短，同時不超過混凝土的初凝時間，次層混凝土保證在前層混凝土初凝前澆筑完成。振搗采用二次振搗，這樣能有效地排除混凝土因泌水在骨料，水平鋼筋下部生面的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋握裹力，防止因混凝土沉落而出現的裂縫，減少內部微裂，增加混凝土密實度。

為了降低混凝土的溫升，通過原材料的預冷卻可降低混凝土的澆筑溫度、削減混凝土內部的最高溫度、減少最高溫度與穩定溫度之間的差值，控制混凝土的內外溫差，防止大體積混凝土裂縫。本工程具體作法是粗細骨料進行遮陽覆蓋，在砂石堆場利用綠色網眼狀帆面予以遮陽，并用水管澆水冷卻，混凝土泵送管采用草袋子包裹并且經常澆水濕潤。

②混凝土的表面處理 由于泵送混凝土，其表面水泥漿較厚，并且上部鋼筋較密，在混凝土澆筑結束后，先用兩米長刮尺按標高刮平，在混凝土初凝前用鐵滾筒碾壓數遍，并在用地面抹光機打磨壓實，以閉合收水裂縫。

③混凝土養護 混凝土澆筑12小時后，在其表面覆蓋一層塑料薄膜和一層草袋子，并設專人三班養護，每兩小時灑水一次，灑水只須淋濕草袋子即可，經實際測溫，本混凝土內部最高溫度為55℃，其表面塑料薄膜下40℃，筆者認為一層塑料薄膜和一層草袋子是完全可以保證混凝土內表溫差不超出控制標準的，并且工程實踐證明塑料薄膜加草袋子的保溫保濕方法是一項簡便、經濟、有效的措施。

2.2.4 混凝土的監測 ①根據混凝土筏板的平面尺寸形狀和厚度，布置按100m2左右設一處測溫孔，孔深為板厚的2/3左右。②施工中采用了簡易測溫法，即在混凝土內預埋鋼管，采用100紅色水銀測溫計測溫。鋼管采用32鍍鋅鋼管，底口焊鐵封死，上口高出混凝土表面150mm。測溫時測溫管應加塞，防止外界氣溫影響，測溫管內灌滿水，所測得溫度是測溫管全長范圍內的平均溫度。

3 結論

本工程施工實踐表明，按上述方法混凝土內外溫差得到控制，混凝土的質量良好。采用常規方法解決了復雜的大體積混凝土的溫控問題，有效地降低了成本，提高了效率。通過本次實踐，可以得出以下結論。

3.1 采用內散外覆綜合養護措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大縮短養護周期，對于超厚大體積混凝土施工尤其適用。

3.2 采用42.5級的普通硅酸鹽水泥完全可以代替42.5級礦渣水泥配制大體積混凝土。

3.3 隨著粉煤灰摻量的增大，混凝土早期的水化熱和溫升越小，摻時超過20%時，對混凝土強度和溫升影響則十分明顯。

3.4 采用實時溫度跟蹤監測，根據具體條件變化適時調整施工措施，做到信息化施工，確保大體積混凝土施工質量。

3.5 冷卻水管布置應根據澆筑混凝土的強度等級、混凝土的厚度和現場實驗測試數據確定。本工程采用C30混凝土設置冷卻水管的方法，取得了良好的施工效果和經濟效益。

3.6 大體積混凝土采用泵送工藝，泵送過程中，常會發生輸送泵堵塞故障，故提高混凝土的可泵性十分重要。須合理選擇泵送壓力，泵管直徑，輸送管線布置應合理。泵管上須遮蓋濕草袋子，并經常淋水散熱。混凝土中的砂石要有良好的級配，礫石最大粒徑與輸送管徑之比宜為1:4砂率宜在35%～40%之間，水灰比宜在0.4～0.5之間，坍落度宜在16～18cm間。

4 結束語

本工程無論是在混凝土一次澆筑量及混凝土外形尺寸上，還是在大體積混凝土配合比中采用早強普通水泥及預埋冷卻管上，對于工業建筑工程在省內施工上均屬罕見。通過上述施工方法及精心組織施工，本工程取得了良好的效果。