大體積混凝土澆筑施工技術

摘要：在當前工業與民用建筑中，工程規模越來越大，基礎結構形式也日趨復雜。高層建筑箱型基礎都具有較大的鋼筋混凝土底板，還經常會出現較大的深梁等。因此，大體積混凝土在施工中常會出現，為避免大體積混凝土澆筑過程中產生有害結構裂縫，在原材料選用與配合比設計，混凝土內部溫度檢測與表面養護等方面采取了有效措施。

關鍵詞：大體積 混凝土 施工 技術措施

1 工程概況

某工程項目主體結構塔樓基礎底板厚度為4.5m（電梯井處厚6m），長、寬均為25.8m。混凝土強度等級為C40，抗滲等級為S8。一次性澆筑混凝土方量為2800m3，為超厚大體積混凝土。在這樣大體積砼的澆注施工中，對施工準備、組織設計和現場控制有著較高的要求，為防止因控溫措施不當而使砼的內外溫差或降溫梯度過大，導致砼內部發生溫度裂縫，使主體結構的底（頂）板的自身防水性能大大降低，采取有效的施工方法，控制砼的溫差，確保砼的內在質量。

2 施工難點

①結構底板厚度為4.5m，最厚處6m，一次性澆筑方量2800m3。②施工期間大氣溫度高，平均氣溫在30℃以上。③該地建筑市場沒有礦渣水泥。④該地區沒有中砂，只有細沙。⑤加冰降低混凝土入模溫度，采用循環水降低溫度峰值。

3 施工措施

根據大體積混凝土的特性，為了避免產生有害裂紋，我公司從澆筑前準備、澆筑前裂縫控制計算、澆筑過程控制和澆筑后養護四方面著手考慮。

3.1 澆筑前的準備工作。①選定在生產能力、技術力量、服務質量等方面全面衡量的重慶市慶陽混凝土攪拌公司，由該公司統一進行材料的采購工作，由監理、業主和施工三方對采購的材料進行抽樣檢查。②摻加JY-1高效減水劑，以減小水泥用量，改善和易性，推遲水化熱的峰期值。加入ZY膨脹劑，使混凝土得到補償收縮。③由混凝土攪拌站試驗室確定配合比及外加劑用量，并報甲方、監理、設計、施工單位五方進行綜合討論其合理性。在水泥品種上，因本地區無礦渣水泥，只能采用普通硅酸鹽（P.O42.5），并加入適量的摻加粉煤灰和礦渣粉取代部分水泥，減小水泥用量，改善混凝土的塑性和可泵性；在粗骨料的選用卵石保證骨料連續積配，使混凝土具有較好的和易性和較高的抗壓強度。細骨料選用機制砂（細度模數3.5 ）和細砂（細度模數1.2）混合砂。嚴格控制砂、石的含泥量，石子的含泥量控制在小于1%，砂的含泥量控制在小于2%。④我方要求混凝土入泵塌落度嚴格控制在180±20mm，控制水泥的進場時間（提前兩天），控制水泥溫度；對機制砂、石子進行噴淋，降低砂、石溫度；在攪拌時采用冰水攪拌；運輸中對罐車進行隔熱措施和澆筑時對輸送泵管覆蓋隔熱，要求混凝土入模溫度不得高于30℃，保證混凝土質量。⑤為了防止混凝土出現表面裂縫，經與甲方、設計協商，在30cm面層中配置φ12單層雙向鋼筋。⑥混凝土設計配合比（見下表）：

3.2 混凝土澆筑前裂縫控制計算

①混凝土導熱系數計算

λ=■（pcλc+psλs+pgλg+pwλw）

=1/100（12.61×2.218+54.05×2.908+25.23×3.082

+8.11×0.6）

=2.678w/mk

②混凝土比熱計算

C=■（pcλc+psλs+pgλg+pwλw）

=1/100(12.61×0.536+54.05×0.708+25.23×0.745

+8.11×4.178)

=0.978KJ/kg.k

③熱擴散系數計算

a=■=2.678/0.978×2370=1.16×106m2/s

其中：查表得石子最大粒徑20mm，混凝土的密度ρ=2370

④本工程采用加冰代替部分拌和水，以降低混凝土澆筑入模溫度和最高溫度。澆筑混凝土期間沒有雨情，測定砂含水率為5％，石含水率為1％。Tc=45℃ Tw=31℃ Ts=40℃ Tg=36℃

如在施工過程中天氣炎熱，使砂、石溫度升高，可采用加大加冰以保證混凝土入模溫度低于30℃。

To=■

=■

=28.1℃

4 大體積混凝土施工方案

4.1 產生裂紋的機理。①水泥水化熱：由于大體積混凝土截面厚度大，水泥水化熱聚集在結構內部不易散失，使內部溫度升高，混凝土內部與表面溫差過大時，就會產生溫度應力。當混凝土的抗拉強度不足以抵抗溫度應力時，便開始產生溫度裂縫。根據經驗，在內外溫差超過25°時，就必須采取措施對溫度進行控制。②約束條件：澆注大體積鋼筋混凝土，當早期溫度上升時，產生的膨脹變形受到其下部地基或下層已澆注混凝土的約束而形成壓應力。由于混凝土的彈性模量小，變形和應力松弛大，混凝土與地基連接不牢固，因而壓應力較小。當混凝土溫度下降時，產生較大的拉應力，若拉應力超過混凝土的抗拉強度，混凝土就會出現垂直裂紋。

4.2 大體積混凝土施工措施。為控制底板混凝土結構內部因水化熱引起的絕熱溫升，防止因混凝土結構內外溫差過大而產生裂紋，采取以下措施：

4.2.1 罐車運送混凝土從出攪拌機開始要求1h內必須運至施工現場，如混凝土已初凝，責令退場，現場嚴禁加水使用，每臺地泵邊必須有兩臺罐車等待澆筑。

4.2.2 筏板基礎采用平面分層和斜面分層結合的施工方法，可以減少泵管拆除。為防止混凝土表面開裂，我方要求底板全部摻加杜拉纖維，但由于業主只同意底板上下1m范圍內要求摻加杜拉纖維，中間2m范圍不加。這樣，整個底板分成4層澆筑，每層厚度1m，每層內部再按斜面分層，每層厚度為50cm。混凝土澆筑采用倒退式澆筑，分成3條澆筑帶，每個澆筑帶寬度為8.6m，同時從同一方向進行澆筑。

4.2.3 使用50插入式振搗棒要慢插快拔，插點呈梅花型布置，按順序進行，不得遺漏。移動間距不得大于45cm（振搗棒作用半徑的1.25倍）。振搗上一層時插入下一層混凝土5cm以消除兩層間的接縫。振搗時間以混凝土表面出現浮漿及不出現氣泡、下沉為宜。當混凝土出現泌水現象時將水趕至低洼處，用大功率抽水泵及時的抽出混凝土產生的泌水和基坑內的雨水。

4.2.4 對已澆筑的混凝土，采取每隔半小時，進行一次二次振搗，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋之間的握裹力，增強密實度，提高抗裂性。澆筑成型后按設計標高用刮尺刮平，在初凝前用木抹子抹平、壓實，以閉合收水裂縫。

4.2.5 降低砼的入模溫度。主要從以下幾個方面著手：①要求砼供應商做到以下幾點：a避免太陽直曬拌制砼用的粗細骨料和水泥等，必要時采用沖冷水的辦法使砂石料降溫；b使用經過降溫的冷水拌制砼；c用冷水沖洗砼輸送罐車，使之冷確降溫等等。②利用苫布等遮蓋即將澆筑砼的作業區，這樣做既可以防雨，又可以使綁扎好的鋼筋和支立好的模板降溫。③混凝土采用分層連續灌注，控制混凝土的入模溫度：為使混凝土的水化熱能盡快散失，澆注混凝土時分幾個薄層進行，連續灌注，一次成型，分層厚度約30cm，分層間隔灌注時間不超過試驗所確定的混凝土初凝時間，盡量減小新老混凝土的溫差，提高新混凝土的抗裂強度，防止老混凝土對新混凝土過大的約束而產生斷面通縫。

4.2.6 控制砼內部降溫梯度。為降低混凝土內部水化熱溫度，在底板內設φ40mm的循環冷卻水管，并在底板砼的不同部位和不同深度設置測溫元件，定時量測砼的內部溫度，根據溫度梯度的變化情況，定時、定量地向預埋的鋼管中壓注循環冷卻水。

通水冷卻可削減早期水化溫升的20～25%，尤其是本工程底板下部因存在砼墊層和防水層從而導熱不暢，通水冷卻能夠快速有效地使內部降溫而使后期溫降收縮減小，減少開裂可能性。本工程底板布置雙層冷卻水管。水管直徑φ40mm，管中心間距60cm，底層水管距底板底面及上層距板頂均為30cm，水平間距150cm。為提高降溫效率，水管采用S型布置。水管上下兩層各自形成回路，即每層進、出水方向水管間隔布置。測溫點在平面上布置在中部和邊角處，在高度上分別布置在中、表層。測點采用預埋溫度傳感器，底板測溫點布置見下圖所示。

通過冷卻水的熱交換，降低混凝土結構的中心溫度。冷卻管所在的混凝土層，自混凝土澆筑時起，冷卻管內須立即通入冷水，連續10～15d。通水過程中，每2h對管道流量、進出水溫度及混凝土溫度進行一次測量記錄，確保砼中心和砼表面溫差控制在25℃以內，并把每晝夜的降溫速度控制在2℃以內。

使用溫度測定儀測定混凝土內外溫度，每2h測溫一次，5d后每4h測溫一次。對循環水管進出口水的溫度和測溫點的溫度測量，在混凝土灌注后的頭3d里，每2h測量和記錄一次。混凝土循環通水冷卻的時間及觀測記錄延續時間不少于10d。

冷卻水管在連續通水10～15d后停止循環供水，用高壓風將管內殘余水吹出，并吹干冷卻，最后向水管內壓注C30水泥漿封孔。

4.2.7 保持砼澆筑完成后的溫度。砼灌注完畢并初凝后，立即用3層麻袋和2層塑料薄膜覆蓋，對砼進行保濕蓄熱養護，減少砼表面熱擴散，使砼內外溫差不致過大，避免產生表面裂紋。保濕養護可以防止混凝土表面脫水產生裂紋，并可使水泥水化作用順利進行，提高砼的極限抗拉強度、抗壓強度。

4.2.8 其他措施。砼的折模時間考慮氣溫環境的影響、砼中心和表面的溫差，以及砼表面溫度與環境氣溫之間的關系，避免因折模而使砼表面的溫度聚降而導致砼內外降溫梯度太大。澆筑砼時確保振搗密實，使砼的粗細骨料分布均勻，提高砼的內在質量，使砼收縮系數一致，提高砼自身的搞裂能力。振搗采用梅花形播點法，間距為500mm，并不得漏振。振搗時快插慢拔，使砼上下振搗均勻，表面無明顯下沉且無氣泡冒出現象。每點振搗時間20-30S使砼表面泛出灰漿，在分層的接觸面處，振動棒插入下層5cm左右以消除兩層間的接縫。大體積泵送砼表面水泥漿較厚，對砼表面采用二次抹面，澆筑后4-6小時左右，初步按標高用長刮尺刮平，在初凝前再用鐵滾筒壓碾數遍打磨壓實，以閉合砼表面的收水裂縫。

5 施工總結

①粗細骨料的良好級配將改善混凝土的和易性，提高混凝土的密實度。采用雙摻技術，一方面代替部分水泥，降低水化熱，一方面改善混凝土的和易性。②基礎的內外溫差值控制在20℃，在一定的技術措施配合下，達到了這一指標，混凝土未產生有害裂縫。③基礎內部預埋冷卻水管，通水冷卻過程中混凝土降溫速率為2～3℃/d。經抗裂理論驗算，施工中的降溫和收縮不會引起混凝土的結構裂縫。④筏板混凝土澆筑后未發現有害裂縫，取得甲方、監理、設計一致好評，已由市質檢站驗收通過。