大體積混凝土施工技術探討

王紅濤

摘要：建筑工程的大體積混凝土的施工裂縫是通病，但也并不代表完全控制不了。只要在施工技術方面嚴格把控，還是可以減少或杜絕裂縫的發生。本文主要根據多年工作實踐，對大體積混凝土的施工技術進行探討。

關鍵詞：建筑工程;大體積混凝土;施工技術

一、工程概況

某建筑項目總面積23980m2，主樓部分采用框架-剪力墻結構，樁基為800mm人工挖孔灌注樁，地下室基礎底板厚1.5m，砼強度等級為C30，底板平面尺寸大致為29.1 x29.lm。

二、C30S8混凝土配合比設計

（一）材料選擇

（1）水泥選用建福牌32.5普通硅酸鹽水泥;粗骨料采用破碎卵石。粒徑1～4cm，含泥量小于1 %;細骨料采用中砂，含泥量小于3%.

（2）采用“雙摻”技術，即在砼中摻加TW-4高效緩凝減水劑，摻量為水泥用量的1.8%;摻永安火電廠的優質粉煤灰替代部分水泥用量，摻量為水泥用量的20%。“雙摻”技術可減少水泥用量，降低水化熱，提高砼可泵性，同時使砼初凝時間延緩至6小時，大大減少在大體積砼澆搗時出現冷縫的可能性。

（3）選用AEA型膨脹劑，補償砼收縮，提高砼的抗拉強度，改善砼自身的各項性能。

（二）施工配合比（見表1）

表1? 砼配合比

水泥

水

碎卵石

中砂

TW-4

AEA

粉煤灰

試驗配合比

1

0.37

3.17

1.71

0.0018

0.12

0.2

每m3用量（kg）

369

137

1170

631

0.66

44

74

注：坍落度為120～150mm，抗滲等級為S8。

三、底板防水施工的處理

設計要求底板防水層采用SBS高聚物改性瀝青防水卷材，防水保護層為40mm厚細石砼。施工時采用外防外貼法，在底板鋼筋綁扎前將防水層施工完畢。底板面的細石砼保護層按6mx6m設分隔縫，縫寬20mm，嵌填柔性材料;底板側壁采用聚乙烯泡沫塑料作保護層。通過上述處理，充分利用了防水卷材柔性材料的特性，改善了底板大體積砼的邊界約束條件，減少了邊界約束應力，對防止大體積砼貫穿裂縫的出現非常有利。

四、混凝土的澆搗

（一）澆筑方法

采用“斜面分層、薄層澆筑、循序退打，一次到頂”連續施工的方法，在基坑東岸布置2臺泵，每個泵負責一半寬度范圍的澆筑帶，兩個澆筑帶結合部位加強振搗，嚴防漏振。澆搗順序為從西向東（見圖1）

圖1? 澆搗方向示意圖

（二）砼的振搗

砼泵送時自然形成的流淌斜坡度為1：6左右，在每條澆筑帶前、中、各后布置3道振動器，第1道布置在砼卸料點、負責出管砼的振搗，使之順利通過面筋流入底層;第2道設置在砼的中間部位，負責斜面砼的密實;第3道設置在坡腳及底層鋼筋處，負責砼流入下層鋼筋底部，確保下層鋼筋砼的振搗密實。嚴格控制振動棒移動的距離、插入探度、振搗時間，避免澆筑帶交接處的漏振。

（三）冷縫控制及二次振搗

為保證分層澆搗時上下層砼的結合，避免施工中冷縫的出現，上層砼必須在下層砼澆搗后2小時內將其覆蓋。根據每泵砼泵送量為25～30m3/h，施工前可計算出分層厚度在300～500mm之間，實際施工中通過控制分層厚度保證覆蓋時間。

二次振搗可消除砼因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，防止因砼沉落而產生的表面收縮裂縫;同時二次振搗可增加砼的密實度、提高砼的抗拉強度。因此施工中在上下層砼結合時，要求振動棒伸入下層砼300～500mm，對下層砼進行二次振搗。這樣既避免施工中冷縫的出現，保證下層砼結合密實，又達到二次振搗的目的，提高了砼的質量。

（四）泌水處理

在坑基內東側設兩個50x50x50cm的積水坑，砼墊層施工時表面處理為自西向東的坡度。砼在澆筑過程中，上涌的泌水和漿水順著砼坡腳流淌到坑底，再順墊層坡度流人積水坑，通過水泵排放到基坑外，當砼的坡腳接近基坑東面側壁時，改變砼的澆筑方向，即由頂端往回澆筑，與斜坡面形成一個積水潭，用軟管及時排除最后的泌水。

（五）表面處理

泵送砼流動性大，表面水泥漿較厚，故在砼澆筑后至初凝前，應按初步標高進行拍打振實后用長木尺抹平，趕走表面泌水，初凝后至終凝前進行二次抹壓，使用木抹子將面層小凹坑、氣泡眼、砂眼和腳印等壓平，使面層達到密實，減少因砼收水硬化而產生的表面裂縫。

（六）砼試塊的留置

砼澆搗過程中除按規范規定留置標養試塊和抗滲試塊外，還留置了15組同條件養護試塊，將其置于保溫材料下與大體積砼同條件養護，用以確定大體積砼降溫階段實際強度增長情況。

五、混凝土保溫養護期間的溫度裂縫控制技術

（一）測溫監控技術

施工中我們與建筑質量監督檢測中心合作，對大體積砼進行測溫監控。現場選擇有代表性位置，共垂直埋設13根測桿，其中兩根測桿布置在電梯井坑處（厚3.6m，3.2m），其余均布置在厚1.5m處，電梯井坑處測桿設5個測點，其余測桿設3個測點，同時在砼外部設置氣溫測點2個，保溫材料溫度測點2個及養護水溫度測點1個，總計48個工作測點。所有工作測點都通過熱電偶補償導線與設置在測試房的微機數據采集儀相連接。現場溫度監測數據由數據采集儀自動采集并進行整理分析，每小時打印輸出一次各個測點的溫度值及各測位中心側點與面層測點的溫差值，作為研究調整控溫措施的依據，防止砼出現溫度裂縫。

（二）保溫養護措施

經計算，保溫材料采用二層塑料薄膜，二層草袋。澆搗到位的砼終凝后，先在其表面鋪一層塑料薄膜，然后覆蓋二層麻袋，上面再鋪一層塑料薄膜保溫，以提高面層砼的溫度，減小砼結構的內表溫差。同時視需要在底板砼表面澆水，使砼始終保持在濕養護狀態。在養護后期，視測溫監控數據及溫度應力的計算情況加以調整保溫層厚度。

（三）表面溫度裂縫控制技術

在大體積砼測溫監控期間，密切關注砼的內表溫度差，在養護初期，由于砼抗拉強度較低，此時控制砼內表溫差在25oC以內;在養護中后期，隨著砼強度的明顯提高，此時將砼內表溫差控制指標放寬到30oC。

現場準備20盞碘鎢燈，一旦內表溫差超過允許值，則用碘鎢燈加熱砼表面，減小內表溫差。實際施工時，砼內表溫差均控制在允許范圍內（見圖2），故該應急措施未予采用。

圖2? 大體積混凝土溫度曲線

（四）貫穿裂縫的控制措施

大體積砼在澆筑后數天開始逐漸降溫，這個降溫差引起的變形加上砼多余水分蒸發時引起的體積收縮變形，受到地基和結構邊界條件的約束時引起抗拉應力，當抗拉應力超過砼抗拉強度時，砼整個截面就會產生貫穿裂縫。從控制裂縫的觀點來講表面裂縫危害較小，而貫穿裂縫則會影響結構的整體性、耐久性和防水性，影響正常使用。所以應盡最大努力，采取措施避免表面裂縫并堅決控制貫穿裂縫。

（1）控制貫穿裂縫的理論依據

根據王鐵夢著《工程結構裂縫控制》（以下簡稱《工程》）中有關內容，大體積砼貫穿裂縫控制可采用抗裂安全度公式：

t——各齡期混凝土溫度應力

Fct——各齡期混凝土抗拉強度設計值

大體積砼各齡期的溫度收縮應力計算可采用下式

——各齡期混凝土溫度收縮應力

t——混凝土的線膨脹系數（一般取1.0x10-5）

——泊桑比，取0.15

——各齡期混凝土水化熱、氣溫差及收縮當量溫差

Ei（1）——各齡期混凝土彈性模量

Hi（t，Ti）——各齡期混凝土應力松弛系數

Ch——雙曲余弦函數：

H——大體積混凝土的厚度（取1.5m厚底板計算）

L——大體積混凝土的長度

Cx——地基水平阻力系數

（2）按經驗擬定降溫曲線

施工前根據《工程》中推薦的經驗公式，估算砼的最高溫度為59.2oC，再根據《工程》中推薦的經驗降溫曲線，擬定一條降溫曲線（見圖2），利用公式（2）計算出各齡期砼的溫度收縮應力;由公式Rn=R28xlgn/lg28（R28取30MPa）計算各齡期砼抗壓強度，并據此推出各齡期砼抗拉強度設計值。經計算，各齡期砼的、fct滿足公式（1）的要求，說明施工中按該條件降溫曲線控制大體積砼的降溫速率能保證大體積砼不出現貫穿裂縫。

（3）實際施工時抗裂安全度驗算及降溫曲線的調整

測溫監控數據顯示，大體積砼在澆搗3d后達到放熱高峰，此時砼中心溫度達到最大值62℃，與原估計值基本接近。

在大體積砼降溫階段，砼的實際降溫曲線（圖2）無法與原計劃的降溫曲線重合，因此施工時根據測溫監控的實測值，利用公式（2）計算出每個齡期砼的實際溫度收縮應力;同時利用降溫階段各齡期同條件養護試塊的試壓結果推斷出的各齡期的砼抗拉強度值，用公式（1）驗算各齡期大休積砼的抗裂安全度，并根據驗算結果調整砼的降溫速率。由于實際砼各齡期抗拉強度均超過原估計值，故實際施工時對降溫速率加以調整。將原定的15d保溫養護期縮短為12d，同時繼續澆水養護至14d，由圖3可以看出，在保溫養護的12d內，各齡期砼的溫度應力與實際抗拉強度均滿足公式（1）的要求。

圖3? 大體積混凝土強度曲線

（4）溫度裂縫控制效果

通過信息化施工手段，在確保大體積砼不出現溫度裂縫的前提下，合理控制砼的降溫速率。保溫養護5d后掀掉一層草袋，保溫養護后期，在白天溫度較高時掀開保溫層，加速降溫。保溫養護12d后砼面層溫度與當天大氣平均溫度相差3℃，中心溫度與面層溫度相差7℃，自西向東拆除保溫層。監測后經現場檢查，大體積砼未見溫度變形裂縫，砼質量良好，由于測溫養護時間縮短，大大節省養護費用，加快了工程進度。

六、幾點體會

（一）重視對貫穿裂縫的控制

當前大部分施工單位在大體積砼施工時，對測溫監控所提供的數據只是簡單注意到各測位中心測點與面層測點的溫差值，控制大體積砼的內表溫差不超過規范允許的25℃，這僅僅是控制大休積砼表面裂縫的一個手段，而危害性更大的貫穿裂縫的控制往往被忽略掉了。施工單位在大體積砼保溫養護階段更應注意利用測溫監控所取得實時數據，控制大體積砼的降溫速率，最終控制大體積砼的貫穿裂縫。

（二）重視實際監測結果及現場試驗數據的分析

施工前經計算得出的大體積砼的最高溫度及保溫層厚度僅供參考。實際施工時應以測溫監控所取得的數據，以及大體積砼的實際強度增長情況，通過計算比較，適時調整保溫層的厚度，合理控制降溫速率，在確保大體積砼施工質量的前提下，縮短養護周期，降低養護費用。

（三）重視單位水泥用量的控制

該大體積砼澆搗時留置的標養試塊28d抗壓強度平均值為38.7MPa，從這一點以及同條件試塊試壓結果來看，該大體積砼試配強度大大高于設計要求的30MPa。這不僅造成材料上的浪費，而且單位水泥用量的增加導致砼水化熱增加，使保溫養護的成本及時間都大大增加。因此，必須盡可能降低單位砼的水泥用量。可以從兩方面降低單位砼的水泥用量：（1）砼配合比由技術管理好、生產穩定的供應商提供，根據近期生產的砼強度的數理統計結果，降低砼試配時的強度標準差取值，從而合理降低試配強度，減少水泥用量。（2）在征得設計單位同意下，可采用砼60d強度代替28d強度作為設計強度。

大體積混凝土施工裂縫是可以通過各種控制措施進行控制，只要采取合理的控制措施，在保證工程質量的前提下也降低了投資成本，取得良好的社會經濟效益。