大體積混凝土施工方法

史艷萍

（中鐵三局建安公司，山西 太原 030006）

大體積混凝土施工方法

史艷萍

（中鐵三局建安公司，山西 太原 030006）

大體積混凝土工程由于結構截面大，所以內部水化熱積聚不易散發，外部則散熱較快，很容易由于溫度的不均衡分布產生應力，故而產生溫度裂縫。文章詳細地介紹了大體積混凝土產生裂縫的機理，并從材料、設計、施工方面提出控制手段，引用具體實例進行論證。

大體積混凝土；裂縫；溫差

近幾年來，全國各地工程規模日趨擴大，結構形式日益復雜，工業與民用建筑中對大體積混凝土需求越來越多。由于其體積大、表面小，水泥水化熱釋放比較集中，內部溫度升高比較快，當混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度裂縫，影響結構安全和正常使用，所以必須從根本上分析它，來保證施工的質量。

大體積混凝土一般是指實體截面最小尺寸大于或等于1 m的混凝土構件。

1 大體積混凝土裂縫類型及裂縫產生原因分析

大體積混凝土結構裂縫主要包括干燥收縮裂縫、塑性收縮裂縫、安定性裂縫、溫差裂縫、碳化收縮裂縫等。

1.1 干燥收縮裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過程中會導致其體積的收縮，對于大體積混凝土，這種收縮更加明顯。如果混凝土的收縮受到外界的約束，就會在混凝土體內產生相應的收縮應力，當產生的收縮應力超過當時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產生收縮裂縫。影響混凝土收縮的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品種。混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土收縮就越大。水泥品種對干縮量及收縮量也有很大的影響，一般中低熱水泥和粉煤灰水泥的收縮量較小。

1.2 塑性收縮裂縫

在水泥活性大、混凝土溫度較高或者水灰比較低的條件下，混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發的水分不能及時得到補充，這時混凝土尚處于塑性狀態，稍微受到一點拉力，混凝土的表面就會出現分布不規則的裂縫。出現裂縫以后，混凝土體內的水分蒸發進一步加快，于是裂縫迅速擴展。

1.3 溫差裂縫

混凝土內部和外部的溫差過大會產生裂縫。溫差裂縫產生的主要原因是水泥水化熱引起的混凝土內部和混凝土表面的溫差過大。溫差的產生主要有3種情況：

第一種是在混凝土澆筑初期，這一階段產生大量的水化熱，形成內外溫差并導致混凝土開裂，這種裂縫一般產生在混凝土澆筑后的第三天。

第二種是在拆模前后，這時混凝土表面溫度下降很快，從而導致裂縫產生。

第三種情況是當混凝土內部溫度高達峰值后，熱量逐漸散發而達到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值即內部溫差。這3種溫差都會產生裂縫，但最嚴重的是水化熱引起的內外溫差。

1.4 安定性裂縫

安定性裂縫表現為龜裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起。

2 裂縫控制手段

要避免混凝土裂縫的產生需從材料、設計、施工上來進行控制。

2.1 材料控制

（1）水泥：使用水化熱較低的水泥以及盡量降低單位水泥用量；水泥在水化過程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，所以水泥發生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無法及時散發出去，以至于越積越高，使內外溫差增大。單位時間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期而增長。由于混凝土結構表面可以自然散熱，普通混凝土內部的最高溫度，多數發生在澆筑后的最初3～7天。

（2）摻合料和外加劑：在混凝土中摻入水泥用量0.25%的減水劑，可同時減少10%的水泥用量，從而降低水化熱的產生；在混凝土中摻入粉煤灰，不僅可代替水泥用量，而且可大大改善混凝土的可泵性和工作性，從而降低水化熱的產生；在混凝土中摻入膨脹劑，混凝土在硬化過程中產生體積膨脹，可以部分或全部補償硬化過程中冷縮和干縮，減免混凝土的開裂。

（3）粗細骨料：在鋼筋間距和泵車輸送管的允許下，盡量選用粒徑大的骨料，一般中、粗砂比使用細砂每立方米混凝土減少用水量20～25 kg左右，水泥相應也減少28～35 kg，從而降低混凝土的干縮；還有條件允許的情況下，可以采用設計毛石大體積混凝土基礎。

（4）石子級配：石子級配對節約水泥及保證具有良好的和易性關系很大，大體積混凝土宜采用連續級配。

（5）水：水源對大體積混凝土的影響主要是在攪拌溫度控制上，大體積混凝土攪拌時必要時采用冰水混合攪拌，以降低混凝土入模溫度。

2.2 設計控制

（1）合理的平立面設計：采用合理的平立面設計，避免截面突變，從而減小約束應力。

（2）合理使用鋼筋：合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑，密間距。全截面配筋率不小于0.3%，應在0.3%～0.5%之間。

（3）混凝土的選定：避免采用高強混凝土，盡可能選用中、低強度的混凝土。

（4）設置滑動層：考慮到基礎同時受到地基和樁基的約束，在基礎的下底面設置滑動層來減小其約束，降低混凝土內部的約束應力。

2.3 施工控制

（1）混凝土的供料：為使混凝土澆筑工作順利進行,必須根據混凝土方量計算確定泵車臺數及攪拌站生產能力,在澆筑前，攪拌站配備足夠的原料，特別是水泥的備料，確保同一廠家、同一批次，符合同一混凝土配比的水泥，必要時準備2～3個攪拌站同時備料。

（2）混凝土的運料：為使混凝土的運輸不至于影響混凝土的澆筑，車行路線必須要提前考察，特別是在大中城市，對于堵車、限行等必須提前預控。

（3）混凝土的澆筑：大體積混凝土澆筑主要有3種方式：其一，分層平行推進；其二，分層斜面推進；其三，分層交錯推進方式。需要根據混凝土澆筑量、構件形式、混凝土澆筑方式等進行確認。分層澆筑可以增大散熱面積，保證施工質量。

（4）混凝土的振搗：實行快插慢拔、分層振搗的振搗方法。振搗上一層時插入下一層混凝土5 cm以消除兩層間的接縫。通過二次振搗可以使混凝土更加密實，對提高混凝土的抗拉能力很有力。

（5）混凝土的收壓：在混凝土初凝之前二次用力搓平并將表面拉毛，拉毛必須保證紋路均勻順直。條件允許時最好采用滾筒碾壓數遍，并用木蟹打磨壓實,以閉合收縮裂縫。

（6）混凝土的養護：混凝土澆筑后，及時進行養護，以通過降低混凝土內外溫度差和減慢降溫速度來達到降低塊體自約束應力和提高混凝土抗拉強度，以承受外約束應力時的抗裂能力。

（7）混凝土的監測：混凝土澆筑前，在混凝土內部布設傳感器或設置溫度測量孔，使內外溫度直接顯示出來，方便將內外溫差控制在25℃以內。

（8）混凝土的內部降溫：在混凝土內部敷設循環冷卻水管以降低混凝土內部溫度。

（9）混凝土的蓄熱養護：混凝土澆筑完成后，可以采用草簾被或水進行蓄熱，以限制混凝土表面的溫度散發過快造成溫度裂縫，使內外溫差控制在25℃以內。

（10）澆筑溫度：大體積混凝土澆筑宜避開炎熱的夏季，這樣可有利于減小溫差，進而減小溫度應力。

3 裂縫控制案例

3.1 工程概況

本工程為大唐奧林匹克花園11#樓，24層，位于迎澤大街南側。筏板基礎部分最大厚度為1 500 mm，混凝土采用C40S8防水混凝土。

本工程全部采用商品混凝土，根據結構特點及混凝土工程量分布，結合拖式泵的輸送能力，混凝土澆筑主要采用拖式泵和汽車泵配合完成，泵管用架子管頂牢并加固，并由塔吊配合找平。

因現場場地狹小，混凝土罐車在現場內不能錯車及停滯時間過長，所以，在混凝土澆筑施工時，需派專人負責疏導車輛進出場，保證混凝土連續澆筑。

施工中從商品混凝土的原材料、配合比、水灰比、和易性、坍落度、運輸、澆筑、振搗、養護到施工縫處理等各個程序入手，嚴格按照施工規范要求操作，以確保混凝土施工質量。

混凝土施工采取散熱、保溫及溫度監測等相應措施以控制混凝土溫升和溫降速度，避免底板出現溫度裂縫和較強溫度應力。

3.2 控制手段

3.2.1 混凝土原材料預控

混凝土所使用的原材料水泥必須有產品合格證、出廠檢驗報告和進場復驗報告，必須符合《混凝土結構工程施工質量驗收規范》中的要求。底板混凝土使用的水泥強度等級不應低于42.5MPa；同時由于設計對耐久性的要求：基礎部分的砼最小水泥用量為275 kg/m3，最大水灰比為0.55，最大氯離子含量為0.2%，最大堿含量為3.0 kg/m3。選用高標號普通硅酸鹽水泥（P.O42.5），質量符合現行國家標準《通用硅酸鹽水泥》。

混凝土中摻用的粉煤灰的級別不應低于二級，質量應符合現行國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的規定。摻合料的摻量應通過試驗確定，摻量不宜大于20%。

石子優先選用抗壓強度高的粗骨料，粒徑5～40 mm，泵送時其最大粒徑應為輸送管徑的1/4，其他要求應符合國家現行標準《普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法》的規定，石子含泥量小于1%。

砂宜采用中粗砂，其他要求應符合國家現行標準《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》的規定。宜使用飲用水拌制混凝土，并符合國家現行標準《混凝土拌合用水》的規定標準。

加入緩凝型復合高效減水劑，延長水化熱釋放時間，降低水泥用量，減低混凝土的峰值溫度及延緩峰值出現；同時應添加UEA建設部認可的砼膨脹劑，并應由生產廠家作技術質量保證，添加劑量應由設計單位和生產廠家的技術人員共同商定，且須有該生產廠家的技術人員指導施工。

3.2.2 澆筑和振搗要求

每一流水段內混凝土連續澆筑，如必須間隔，間隔時間盡量縮短，并在下層混凝土初凝前將上層混凝土澆筑完畢。

澆筑混凝土時為防止混凝土分層離析，混凝土由料斗、泵管內卸出時，其自由傾澆高度不得超過2 m，超過時采用串筒或斜槽下落，出料管口至澆筑層的傾斜自由高度不應大于1.5 m，混凝土澆筑時不得直接沖擊模板。澆筑混凝土時設專人看模，經常觀察模板、支架、鋼筋、預埋件、預留孔洞、鋼筋保護層的情況，當發生變形移位時立即停止澆筑，并在已澆筑的混凝土初凝前修整完好。

使用30或50棒插入式振搗棒要快插慢拔，插點呈梅花形布置，按順序進行，不得遺漏。移動間距不大于振搗棒作用半徑的1.5倍，振搗時間以混凝土表面出現浮漿及不出現氣泡、下沉為宜，實行快插慢拔、分層振搗的振搗方法。振搗上一層時插入下一層混凝土5 cm以消除兩層間的接縫。

3.2.3 混凝土澆筑

混凝土澆筑采用分層分段滾漿澆注、推進施工，底板振搗從一側開始，成階梯狀往前推進，階梯設置長度不得大于5 000 mm，分層推進澆筑厚度400～500 mm，分別同步加以振搗密實，先將集水坑底部澆筑到比集水坑模板下口高50～100 mm，然后澆筑平板，斜面由泵送混凝土自然流淌而成，坡度控制在1∶5左右。在坑底混凝土初凝之前澆筑坑側，坑側澆筑時四周均勻布料，避免因混凝土從一側擠壓導致集水坑模板或鋼筋移位。

混凝土初凝時間不小于8 h（在商品混凝土供應合同中明確），在下層混凝土初凝前1 h內必須將上層混凝土澆筑完畢。混凝土澆筑方向按照先施工深基礎底板，后施工淺基礎的原則。

混凝土澆筑產生的泌水容易使混凝土表面水泥砂漿層過厚，致使混凝土強度不均產生收縮裂縫；澆筑過程及時處理掉，施工時通過后澆帶處的鋼筋與模板之間的縫隙將泌水排至后澆帶，泌水沿后澆帶排至集水井內，用水泵抽走。

基坑四周防水導墻混凝土用鐵鍬鏟入模板內，不得直接用泵管放料。泵車送料速度須以施工操作面的需求速度隨時加以調整，另一面嚴格控制混凝土入模溫度，盡可能降低最高溫升值。

每臺輸送泵不少于2臺振搗器，及時將輸送到基坑的混凝土振搗密實，不得漏振、過振。

混凝土澆筑標高拉線控制，用4 m刮杠刮平大面，用木抹子搓抹平整，在混凝土初凝之前二次用力搓平并將表面拉毛，拉毛必須保證紋路均勻順直。

3.2.4 溫度測試

防止大體積混凝土裂縫的主要措施是減少溫度梯度和濕度梯度，加強測溫、養護工作，應加強測溫和溫度監測與管理，實行信息化控制，隨時控制混凝土內的溫度變化，內外溫差控制在25℃以內，及時調整保溫和養護措施，使混凝土的溫度梯度和濕度梯度不致過大，以有效控制有害裂縫的出現。

根據混凝土溫度應力和收縮應力的分析，采用電子測溫儀測控溫度，具體做法是預埋測溫探頭進行測溫，測溫探頭的位置具有代表性，同時根據溫度對稱分布的特點，按澆筑高度，分布在底、中、表面，按平面尺寸分邊緣和中間兩種，對基礎底板布點測溫，每段基礎底板設置5個測溫點，測溫點距邊角和表面150 mm，控制指標如下：

基面溫差和混凝土中心溫差均控制在20℃以內；混凝土內外溫差不大于25℃；降溫速度不大于1.5～2℃/d；控制混凝土出罐和入模溫度；如若混凝土的內外溫差不滿足要求，必須及時增加覆蓋層數，防止混凝土“感冒”并產生裂縫。

3.2.5 混凝土養護

混凝土澆筑后，及時進行養護，以通過降低混凝土內外溫度差和減慢降溫速度來達到降低塊體自約束應力和提高混凝土抗拉強度，以承受外約束應力時的抗裂能力。

混凝土養護采用一層塑料薄膜上加兩層草簾子，防止混凝土脫水龜裂，同時在現場另準備一層塑料薄膜和一層草簾子，據測溫記錄確定是否需蓋草簾子，當發現溫差超出規定值時，及時加蓋養護，依據現場測溫結果，必要時采取蓄水方式進行保溫養護。

底板大體積混凝土在澆筑完畢12 h內，開始進行養護，當日平均大氣溫度超過+5℃時，采取澆水或保溫養護，低于+5℃時不得澆水。養護期限根據混凝土測溫記錄確定。

4 結束語

通過精心策劃，嚴格管理，合理控制施工質量，對該工程的大體積砼澆筑成形后進行實體檢測，未發生影響工程質量的問題，取得較為明顯的施工效果。大體積混凝土施工質量的好壞，最重要的準備工作，從設計、原材料、攪拌、運輸、澆筑、振搗、養護、測溫等過程進行預控制，提前進行混凝土配比的確定、澆筑前熱功計算、編制合理的實施計劃以及澆筑后裂縫控制計算、保溫材料的選擇及厚度計算都對混凝土的最終質量有著重要作用，是不能被忽略的。因而，在大體積混凝土的施工過程中，大體積混凝土施工方案的成功與否，將直接影響大體積混凝土施工質量。

建筑工程質量受到施工過程中各個環節的影響，整個施工階段的工作要求各方人員積極配合，認真研究分析，做好事前控制、事中控制和事后控制，針對質量影響因素，積極采取控制措施，加強預控，以不斷提高企業管理人員的綜合素質，適應不斷變化的建筑市場。

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Shi Yanping

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1000-8136(2011)05-0054-03