大體積混凝土施工過程控制要素分析

劉力源

0 引言

何為大體積混凝土，大體積混凝土(mass concrete)為一次澆筑量大于1000 m3或混凝土結(jié)構(gòu)實體最小尺寸不小于2 m，且混凝土澆筑需研究溫度控制措施的混凝土。而日本建筑學(xué)會(JASS5)對大體積混凝土的定義是:“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，同時水化熱引起的混凝土內(nèi)最高溫度與表面溫度之差預(yù)計超過25℃的混凝土稱之為大體積混凝土。”

其特點是結(jié)構(gòu)厚實，混凝土量大，工程條件復(fù)雜，施工技術(shù)要求高，水泥水化熱較大(預(yù)計超過25℃)，易使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生溫度變形，從而產(chǎn)生裂縫。因此如何采取有效措施使得大體積混凝土澆筑不產(chǎn)生裂縫，如何通過施工過程有效控制使得大體積混凝土澆筑順利進行，如何達到大體積混凝土施工要求，故本文通過以下實例來具體分析大體積混凝土施工過程需要控制哪些要素。

1 工程概況

太原市某高層住宅樓包括1號、2號、3號、4號住宅樓，地下3層(含設(shè)備夾層)、地上38層，建筑總高度為128.7 m，整個建筑地下部分與車庫連為一體。建設(shè)場地周邊環(huán)境比較復(fù)雜，西側(cè)緊鄰城市主干道，施工場地十分狹窄且工期緊張。該工程主體采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，主樓基礎(chǔ)采用后注漿灌注樁，承臺梁+防水抗浮底板。底板厚度為2450mm，采用C40防滲水混凝土，抗?jié)B等級為P8。車庫底板厚度600mm，采用C40防滲水混凝土，抗?jié)B等級為P8。

由于混凝土強度高，體積大，鋼筋密，工程條件復(fù)雜等特點，設(shè)計要求采取一次性連續(xù)澆筑而不留任何施工縫，同時必須滿足強度、剛度、抗?jié)B和耐久性的要求，控制溫度變形和裂縫。

2 大體積混凝土施工控制要素

2.1 施工部署——合理規(guī)劃、人員充足、供應(yīng)及時

由于大體積混凝土施工其明顯的特點就是施工量大，施工時間長，要想在短時間順利完成澆筑，就需要在澆筑之前，根據(jù)現(xiàn)場實際情況合理規(guī)劃現(xiàn)場場地，準(zhǔn)備充足管理及施工人員，與混凝土供應(yīng)商提前溝通，保證混凝土的及時供應(yīng)。

1)合理規(guī)劃。該工程基礎(chǔ)底板預(yù)計澆筑混凝土3000 m3，按照施工計劃，澆筑時間僅有36 h，故至少需要三臺混凝土泵車同時進行混凝土澆筑。施工現(xiàn)場選擇了兩臺地泵以及一臺汽車泵機動，另外在條件允許的情況下，為了加快澆筑速度，還準(zhǔn)備了兩條自制溜槽在基坑南北兩側(cè)將混凝土直接流入基坑內(nèi)。由于現(xiàn)場場地狹窄，為了避免車輛交叉以及保證施工過程各個輸送泵輸送混凝土的連續(xù)性，合理規(guī)劃現(xiàn)場泵車支放地點尤其重要，同時還需要合理安排混凝土運輸車的行走路線。

2)人員充足。現(xiàn)場需要成立大體積混凝土澆筑專項施工管理小組，澆筑之前召開專題交底會和動員大會。充分作好各項準(zhǔn)備工作，為大體積混凝土的成功澆筑奠定基礎(chǔ)。在現(xiàn)場對施工班組做好交底，使工人能確實掌握操作要領(lǐng)以及大體積混凝土施工所注意的事項。人員按晝夜兩班倒，施工過程相關(guān)人員不得擅自離崗，出現(xiàn)問題落實到人。

3)供應(yīng)及時。根據(jù)攪拌站到現(xiàn)場的距離，以及澆筑時間的需要，每臺泵車需要10輛混凝土運輸車為其服務(wù)。施工過程中不允許間斷。

2.2 材料成分控制——合理選取原材料，優(yōu)化混凝土配合比

合理選取原材料，優(yōu)化混凝土配合比是防止溫度裂縫產(chǎn)生的重要措施之一。

1)材料方面:首先需要從材料選擇上、技術(shù)措施等有關(guān)環(huán)節(jié)做好充分的準(zhǔn)備工作，才能保證大體積混凝土順利施工。例如，目前已經(jīng)采用商品混凝土澆筑。則在拌制混凝土?xí)r對主要材料要求如下:a.水泥:考慮普通水泥水化熱較高，特別是應(yīng)用到大體積混凝土中，大量水泥水化熱不易散發(fā)，在混凝土內(nèi)部溫度過高，與混凝土表面產(chǎn)生較大的溫度差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)表面拉應(yīng)力超過早期混凝土抗拉強度時就會產(chǎn)生溫度裂縫，因此確定采用水化熱比較低、初凝時間長的礦渣硅酸鹽水泥，標(biāo)號為525號，同時降低水泥和水的用量，摻入適量的粉煤灰和緩凝減水劑，以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗?jié)B能力。b.粗骨料:采用碎石，粒徑5mm～25mm，含泥量不大于1%。選用粒徑較大、級配良好的石子配制的混凝土，和易性較好，抗壓強度較高，同時可以減少用水量及水泥用量，從而使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升。c.細骨料:采用中砂，平均粒徑大于0.5mm，含泥量不大于5%。選用平均粒徑較大的中、粗砂拌制的混凝土比采用細砂拌制的混凝土可減少用水量10%左右，同時相應(yīng)減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升，并可減少混凝土收縮。d.粉煤灰:由于大體積混凝土的澆筑方式一般為泵送，為了改善混凝土的和易性便于泵送，考慮摻加適量的粉煤灰。按照規(guī)范要求，采用礦渣硅酸鹽水泥拌制大體積粉煤灰混凝土?xí)r，其粉煤灰取代水泥的最大限量為25%。粉煤灰對水化熱、改善混凝土和易性有利，但摻加粉煤灰的混凝土早期極限抗拉值均有所降低，對混凝土抗?jié)B抗裂不利，因此粉煤灰的摻量控制在10%以內(nèi)，采用外摻法，即不減少配合比中的水泥用量。按配合比要求計算出每立方米混凝土所摻加粉煤灰量。e.外加劑:可以按照設(shè)計要求，如果設(shè)計無具體要求，通過分析比較及過去在其他工程上的使用經(jīng)驗，每立方米混凝土摻用2 kg左右減水劑可降低水化熱峰值，對混凝土收縮有補償功能，可提高混凝土的抗裂性。具體外加劑的用量及使用性能，商品混凝土站在澆筑前應(yīng)將報告送達施工單位。因此混凝土站和施工單位要注意收集混凝土性能的資料以備查用。

2)混凝土配合比:混凝土一般采用攪拌站供應(yīng)的商品混凝土，因此要求混凝土攪拌站根據(jù)現(xiàn)場提出的技術(shù)要求，提前做好混凝土試配。按照國家現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》及《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)技術(shù)要求進行設(shè)計。粉煤灰采用外摻法時僅在砂料中扣除同體積的砂量。另外應(yīng)考慮到水泥的供應(yīng)情況，以滿足施工的要求。

2.3 施工工藝——分段定點，一個坡度，薄層澆筑

根據(jù)泵送大體積混凝土的特點，采用“分段定點，一個坡度，薄層澆筑，循序推進，一次到頂”的方法進行澆筑。

澆筑混凝土?xí)r由東向西澆筑。下料時，混凝土應(yīng)自然流淌，采用一個坡度(1∶6左右)斜向分層澆筑，厚度控制在300mm左右，每臺泵車布4臺振動器，分布在根部、中間和流淌范圍。

1)一次振搗。底板混凝土振搗時，先采用型號為ZX-50插入式振搗器振搗，然后用型號為HB-11平板振搗器拖一遍。插入式振搗器應(yīng)快插慢拔，插點要均勻排列，逐點移動，順序進行，不得遺漏，做到均勻振實，移動間距不大于振搗作用有效半徑的1.5倍約為450mm，振搗時間宜為10 s～30 s，以混凝土泛漿和冒泡為準(zhǔn)，應(yīng)避免漏振、欠振和超振。振搗上一層混凝土?xí)r應(yīng)在下一層混凝土初凝前進行，且必須插入下層50mm，以消除兩層間接縫。振搗器距離模板不應(yīng)大于450mm，并不宜緊靠模板振動。用平板振搗器振搗底板混凝土?xí)r，每一位置上連續(xù)振動一定時間，以混凝土表面均勻出現(xiàn)漿液為準(zhǔn)，移動時必須逐行拖進，要成排一次進行，前后位置和排與排之間應(yīng)有1/3平板寬度的搭接，以防漏振。

2)二次振搗。對已澆筑的混凝土進行二次振搗，以排除混凝土泌水在粗骨料、水平筋的下部生成的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止混凝土沉落而出現(xiàn)裂縫，減少內(nèi)部微裂，增加混凝土密實度，提高抗裂性。但現(xiàn)場一定要掌握準(zhǔn)二次振搗的時間，嚴防過振，避免混凝土離析。二次振搗恰當(dāng)時間的判斷方法:將運轉(zhuǎn)著的振動棒以其自身的重力逐漸插入混凝土中進行振搗，混凝土仍可恢復(fù)塑性的程度是使振動棒小心拔出時混凝土仍能自行閉合，而不會在混凝土中留下孔穴，則可認為當(dāng)時施加二次振搗是適應(yīng)的。

3)混凝土的收面和養(yǎng)護。大體積混凝土的養(yǎng)護方法常用的有:蓄水養(yǎng)護和覆蓋保溫被養(yǎng)護。由于蓄水養(yǎng)護法需要分段砌筑擋水墻和分期蓄水，本工程底板施工時間覆蓋保溫方法。采取措施保持混凝土表面的溫度和一定的濕度，是混凝土筏板養(yǎng)護的重點。混凝土的養(yǎng)護時間:頂板混凝土不得少于7 d，對于有抗?jié)B要求的混凝土(基礎(chǔ)底板、外剪力墻)要求不得少于14 d。a.基礎(chǔ)底板混凝土的收面:基礎(chǔ)底板施工，正處于風(fēng)季，外界氣溫低，風(fēng)速大，氣候很干燥。基礎(chǔ)底板混凝土厚度較大，若收面和養(yǎng)護措施不得力，會呈外硬內(nèi)軟的“雞蛋殼”狀，出現(xiàn)塑性收縮裂縫，且嚴重影響混凝土的質(zhì)量。b.基礎(chǔ)底板混凝土的養(yǎng)護:施工前做好充分的施工準(zhǔn)備，混凝土澆筑過程中做到及時的過程養(yǎng)護，混凝土澆筑后按規(guī)范、規(guī)定進行的養(yǎng)護，貫穿始終的溫濕度控制。c.采取的措施:混凝土初凝前，第一次收面采用長刮尺(要有5 m長左右，60×300左右的鋁合金)和木抹子彈線搓平后，立即用塑料布覆蓋，防止混凝土被強風(fēng)吹襲和曝曬;第二次收面在收水后立即進行，去掉塑料布，收面采用2 m～3 m刮尺和木抹子反復(fù)壓實，保持混凝土表面處在濕潤狀態(tài)下(表面不得見干)，再加蓋塑料布保護;第三道收面在終凝前，即沒有腳印時，收面用磨光機壓實，灑水，加蓋塑料布，塑料布上再加兩層草簾被，灑水濕潤。d.要求:混凝土澆筑一段，養(yǎng)護一段，連續(xù)流水作業(yè)，混凝土表面應(yīng)該全部覆蓋嚴密，并應(yīng)保持塑料布內(nèi)濕潤，有凝結(jié)水。放線時，去掉草墊和塑料布，掃去明水，在混凝土濕潤狀態(tài)下放完線，然后繼續(xù)養(yǎng)護。

2.4 大體積混凝土溫度控制——測溫

為及時了解混凝土內(nèi)部各階段、各部位溫度變化，防止異常天氣引起大的溫差，混凝土澆筑完成后進行測溫按以下方案進行監(jiān)測。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差達到報警值時及時采取措施，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。

本工程采用電子測溫儀測溫，其中涉及到測溫點的布置、測溫的間隔時間、測溫人員的確定，以及測溫記錄的整理。

1)測溫采用電子測溫儀，按測溫點布置圖中標(biāo)明的溫度感應(yīng)計的位置將溫度感應(yīng)計固定于混凝土中相應(yīng)位置的鋼筋上，并將做好編號的導(dǎo)線引出底板外。附著于鋼筋上的半導(dǎo)體傳感器應(yīng)與鋼筋隔離，保護測溫探頭的插頭不受污染，不受水浸，插入測溫儀前應(yīng)擦拭干凈，保護干燥以防短路。為防止鋼筋導(dǎo)熱影響測溫的效果，在測溫的探頭處用膠布裹包鋼筋使二者隔離。

2)繪制測溫點布置圖，埋設(shè)測溫線。為了有效的控制混凝土內(nèi)外溫差，使混凝土內(nèi)外溫差不大于25℃，防止混凝土裂縫的產(chǎn)生，采取溫控措施。底板處每10 m設(shè)置一個測溫點，電梯基坑、集水坑、高低跨處斜坡厚板處設(shè)置測溫點。

3)測溫應(yīng)在每塊混凝土澆筑完后的12 h左右進行，其時間間隔如下:72 h以內(nèi)每2 h測溫一次;3 d～7 d每4 h測溫一次;7 d～14 d每6 h測溫一次;14 d后依據(jù)測溫結(jié)果，決定是否繼續(xù)測溫。

4)測溫工作應(yīng)指派專人負責(zé)，24 h連續(xù)測溫。測溫結(jié)果應(yīng)填入測溫結(jié)果記錄表。每次測溫結(jié)束后，應(yīng)立刻整理、分析測溫結(jié)果并給出結(jié)論。在混凝土澆筑的7 d以內(nèi)，測溫員應(yīng)每天向業(yè)主、監(jiān)理、技術(shù)組報送測溫記錄表，7 d以后可2 d報送一次。

3 結(jié)語

目前，建筑業(yè)發(fā)展迅速，高層建筑的不斷增加，對大體積混凝土施工工藝的要求越來越高，而大體積混凝土施工的主要技術(shù)難點還是如何有效的控制混凝土的溫度裂縫。由于大體積混凝土施工影響因素較多，比如水泥品種、澆筑方法、混凝土厚度、降溫措施、環(huán)境溫度等，每個工程需要根據(jù)具體情況采取不同的施工技術(shù)，保證混凝土的施工質(zhì)量。文中各項具體控制因素均是在施工過程中為了保證大體積混凝土的施工質(zhì)量，避免產(chǎn)生混凝土的溫度裂縫而進行的一系列具體措施。控制大體積混凝土施工質(zhì)量關(guān)鍵就是選擇合理的混凝土材質(zhì)、有效地進行溫度控制和運用合理的施工澆筑方案。本工程按照以上施工過程各個控制要素對大體積混凝土底板的裂縫進行了有效控制，較好地防止了混凝土產(chǎn)生開裂，達到了國家規(guī)范的要求。

［1］ JGJ/T 10-95，混凝土泵送技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］ JGJ 6-99，高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ GB 50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收［S］.

［4］ JGJ 55-2000，普通配合比設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］ GB J119-88，混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］ 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

［7］ 趙志縉，趙 帆.高層建筑基礎(chǔ)施工［M］.北京:中國建筑工 業(yè)出版社，1994.