淺談大體積混凝土施工質量控制

梁昌聰

摘 要：本文以海口國瑞大廈A、B兩座基礎底板為例，從大體積混凝土的定義、質量通病、原材料準備、配比設計、施工工藝、溫控措施、養護方法幾個方面簡單討論了大體積混凝土施工的質量控制。

關鍵詞：大體積混凝土；裂縫；溫控措施。

1 前言

由于經濟建設規模的迅速擴大，建筑結構向高、大、深和復雜的方向發展。因此時常涉及到大體積混凝土施工，如工業建設中的大型設備基礎；大型構筑物的基礎；高層、超高層和特殊功能建筑的箱型基礎及轉換層；有較高承載力的大承臺、水利大壩等。這些部位整體質量要求高，質量的好壞直接影響到結構的安全使用，因此全面的質量控制就顯得至關重要。工程實踐證明，大體積混凝土施工難度比較大， 混凝土產生裂縫及質量通病的機率較多，為了降低經濟損失，我們要減少和控制裂縫及質量通病的出現。

2 大體積混凝土的定義及質量通病

1、大體積混凝土的定義

美國混凝土協會ACI對大體積混凝土的定義為：體積大到必須對水泥的水化熱及其帶來的相應體積變化采取措施，才能盡量減少開裂的一類混凝土。

日本建筑學會標準JASS5規定：結構斷面最小尺寸在80cm以上，同時水化熱引起的內外最大溫差預計超過25℃這樣的混凝土，稱為大體積混凝土。

我國行業規范《大體積混凝土施工規范》（GB50496-2009）中認為混凝土結構物實體幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，就稱之為大體積混凝土。

雖然關于大體積的定義不盡相同，但基本上都是從混凝土的尺寸和溫差兩個方面描述的，因此大體積混凝土可以理解為：結構尺寸大到必須采取相應的技術措施，妥善處理內外溫度差值，從而合理解決溫度應力，并對裂縫進行控制的混凝土。

大體積混凝土與普通混凝土的區別從表面上看是在于“大”，尺寸超過一定范圍；但實質的區別是由于混凝土中水泥水化產生大量熱量，而由于尺寸大造成混凝土熱量不如表層散發得快，從而造成內外溫差過大，由此產生的溫度應力造成混凝土開裂。

2、質量通病

大體積混凝土具有結構體積大、承受荷載大、水泥水化熱大、內部受力相對復雜等結構特點。在施工上，結構整體性要求高，一般要求整體澆筑，不留施工縫。這些特點的存在，導致在工程實踐中，大體積混凝土出現其特有的質量通病，常有以下幾種類型：

（1）施工冷縫：因大體積混凝土的混凝土澆筑量大，在分層澆筑中，前后分層沒有控制在混凝土的初凝之前；混凝土供應不足或遇到停水、停電及其它惡劣氣候等因素的影響，致使混凝土不能連續澆筑而出現冷縫。

（2）泌水現象：上、下澆筑層施工間隔時間較長，各分層之間產生泌水層，它將導致混凝土強度降低、脫皮、起砂等不良后果。

（3）混凝土表面水泥漿過厚。因大體積混凝土的量大，且多數是用泵送施工，因此在混凝土表面的水泥漿會產生過厚現象。

（4）溫度裂縫：大體積混凝土在澆筑初期，由于水化熱大量產生，混凝土的溫度急劇上升。其表面的散熱條件較好，溫度上升較少；而內部散熱條件較差，溫度上升較多，從而形成從表面到里的溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，而外部產生拉應力。當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面首先產生裂縫，這種裂縫稱為表面裂縫，其危害性一般較小。這種表面裂縫在混凝土收縮時會產生應力集中現象，促使裂縫進一步擴展。表面裂縫擴展的原因，一方面是由于內外溫差產生了應力和應變；另一方面是結構的外約束和混凝土內各質點的約束阻止了這種應變，從而使溫度應力超過混凝土的極限抗拉強度，產生不同程度的裂縫。在澆筑初期，混凝土處于升溫階段和塑性狀態，彈性模量很小，溫度應力引起的變形也很小；混凝土在澆筑一定時間后，水化熱釋放的高峰已過，混凝土從最高溫度開始逐漸降溫，降溫的結構引起混凝土收縮，再加上水分蒸發引起的收縮，而地基和結構邊界條件的約束使之不能自由變形，從而使混凝土處于大面積拉應力狀態，這種區域如果存在表面裂縫，則極有可能發展成深層裂縫，甚至存在整個截面上的拉應力，當該拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土產生整個截面上的貫穿裂縫。貫穿裂縫切斷了結構斷面，破壞結構的整體性和穩定性，其危害最嚴重。在工程中是不允許產生的。

3、溫控指標

在大體積混凝土施工常見的質量通病中影響最為嚴重的是溫度裂縫。控制混凝土的內外溫差是大體積混凝土施工的關鍵。因此在《大體積混凝土施工規范》中規定大體積混凝土澆筑的溫控指標宜符合下列規定：

（1）混凝土澆筑體在入模溫度基礎上的溫升值不宜大于50℃。

（2）混凝土澆筑體的里表溫差不宜大于25℃。

（3）混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d。

（4）混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。

下面結合海口國瑞大廈工程A、B兩座基礎底板的混凝土澆筑淺談關于大體積混凝土澆筑質量的控制要點。

3 工程概況及工程特點

國瑞大廈位于位于海南省海口市CBD中心，項目總占地面積為26909.08㎡，地上為A、B座兩個相對獨立的結構單元；地下三層純地下室整體相連，外輪廓尺寸189 ×123米，未設永久伸縮縫、防震縫和沉降縫。

A座為辦公樓，樁筏基礎，鋼筋混凝土框架—核心筒結構，地下3層，地上30層，高115.8米；B座為酒店，樁筏基礎，型鋼筋混凝土框架—鋼筋混凝土筒體，地下3層，地上40層，高149.8米。純地下室，梁筏基礎，框架結構。

大體積底板狀況：A座區域基礎底板長56.8米，寬38.3米，厚2.4米，預算混凝土方量5500m3；B座區域基礎底板長66.6米，寬45.2米，厚2.7米，預算混凝土方量8500m3；設計混凝土等級C40P8。

4混凝土原材料的選擇

1、水泥：選用海南華盛天涯PO 42.5水泥，日產量2萬噸，質量穩定。

2、河砂：選用南渡江的中粗砂，細度模數在2.6～3.0，含泥量≤2.0%。

3、石子：選用連續級配5～31.5mm的玄武巖，含泥量<1.0%，針片狀顆粒含量<5.0%。

4、粉煤灰：選用Ⅱ級粉煤灰，細度≤25%，需水量比≤105%。

5、礦粉：選用優質S95級礦粉，流動度比≥95%，28d活性指數≥95%。

6、外加劑：選用西卡公司生產的聚羧酸緩凝高效減水劑。

5 混凝土配合比的確定

工程要求施工方式為泵送施工，坍落度（160±20mm），為保證混凝土的抗裂及抗滲性能，在保證正常澆筑的情況下，坍落度應該盡量控制在下限；混凝土采用60d強度作為混凝土配合比設計、混凝土強度評定及工程驗收的依據。根據此工程的特性，按照大體積混凝土的設計規范來設計配合比，采用雙摻摻合料降低混凝土的水化熱。

根據強度及水化熱計算確定配合比：水泥：礦粉：粉煤灰：砂：碎石：水：外加劑=1：0.4：0.28：3.02：4.12：0.66：0.0276。

由于5月份海口溫度較高，混凝土出機溫度在30℃左右，計算出此配合比中心溫度最高可達79.4℃，根據溫控指標混凝土表面溫度應控制在60℃左右。

6 混凝土施工澆筑

1、澆筑方式：根據結構物的大小、鋼筋的疏密程度、混凝土供應條件等具體情況，混凝土澆筑可采用全面分層澆筑和分段分層澆筑及斜面分層澆筑三種。本工程A、B座兩個底板均選用4臺泵車，采用斜面分層澆筑，斜面分層澆筑適用于結構的長度超過厚度的三倍的澆筑層，振搗工作從澆筑層的下端開始，逐漸上移，此時向前推進的澆筑混凝土攤鋪坡度應小于1：3，以保證分層混凝土之間的施工質量。混凝土澆筑時的分層厚度應不超過振動捧長度的1.25倍，在振搗上一層時，應入下一層混凝上內約5cm，以消除兩層之間的接縫，一般在大體積混凝土工程中，分層厚度可定為40～60cm，數量較少的混凝土工程中分層厚度可取25～35cm。

2、振搗工藝：為確保混凝土的均勻和密實，提高混凝土的抗壓強度，要求操作人員加強混凝土的振搗，插點均勻排列，按順序振實不得遺漏，振搗期間距宜取300mm，時間15-30秒為宜，不宜過振，以表面呈現浮漿，平整和不在沉落為準，為了能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，尚須進行二次振搗以提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現裂縫，增加混凝土的密實度，使混凝土的抗壓強度提高，從而提高混凝土的抗裂性，一般間隔20-30分鐘進行二次復振，或者是在混凝土經振搗后尚能恢復塑性狀態的時間。

3、泌水處理與表面處理：由于大體積混凝土澆筑時泌水較多，上涌的泌水和浮漿順混凝土斜面下流到坑底，再到集水井，然后通過集水井內的潛水泵排出基坑外；待混凝土澆至標高時，由于大體積泵送混凝土表面水泥漿較厚，要求施工方用木抹子抹平，防止表面微小裂縫產生，在初凝前進行二次抹面處理，使用機械或木抹子抹壓，必要時在終凝前1～2h在進行多次抹壓，這樣有效的控制混凝土表面龜裂，增加防水抗裂效果。

7 混凝土的養護及溫控

對于控制大體積混凝土的工程質量，養護是十分關鍵的工作。一般在澆筑完畢后12～18h內立即開始養護，連續養護時間不少于28d或設計齡期。養護工作不僅要滿足強度增長的需要，還要控制溫度防止因溫度變形引起混凝土的開裂。養護主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土內表溫差，促進混凝土強度的正常發展及防止混凝土裂縫的產生和發展，養護時應根據當時氣候條件采取相應的措施，測定澆筑后的混凝土表面和內部溫度，將溫差控制在設計要求的范圍內。

大體積混凝土養護時的溫度控制一般有降溫法和保溫法。降溫法是在混凝土澆筑完成后，通過預埋的冷卻水管，降低澆筑物的內部溫度從而控制混凝土內外溫差。保溫法是混凝土澆筑完成后，通過保溫材料覆蓋、加熱、蓄存熱水等方法，提高混凝土表面及四周散熱面的溫度從而控制混凝土內外溫差。兩種法方結合使用效果更好。

本工程采用的是保溫法，采用塑料薄膜和麻袋覆蓋以及蓄熱水保溫。在最后一次抹壓完成后，立即覆蓋塑料薄膜，避免水分散失，以及雨水直接沖刷降低表面溫度。并覆蓋麻袋保溫，覆蓋的厚度及層數視施工溫度和測溫記錄確定。模板預留高出澆筑面5cm，進行蓄熱水養護。當混凝土中心溫度與表面溫度差小于20℃，且表面溫度與大氣溫度小于20℃，逐漸拆除保溫層。

8 工程澆筑結果

本工程A、B座兩個底板使用相同的澆筑工藝和養護方法。

A座底板：2013年5月23日晚上8點開始澆筑，5月25日中午11點完成澆筑，5月27日凌晨1點混凝土中心溫度最高，用預埋的傳感器測得中心最高溫度達69.7℃，內外溫差最大為18℃，現場留置試塊28d抗壓強度平均值為46.7MPa，60d抗壓強度平均值53.7MPa，經各方檢查，均未發現可見裂縫。

B座底板：2013年7月9日早上10點開始澆筑，7月12日早上7點完成澆筑，7月13日22點混凝土中心溫度最高，用預埋的傳感器測得中心最高溫度達74.6℃，內外溫差最大為21℃，現場留置試塊28d抗壓強度平均值為44.8MPa，60d抗壓強度平均值54.6MPa，經各方檢查，均未發現可見裂縫。

9 結束語

由于自身實踐知識相對缺乏，以上見解仍有很大一部分停留在理論層面，但在實踐中的應用效果還是比較好的。實踐證明， 在大體積混凝土的施工中， 針對裂縫、質量通病的防治， 應從配合比設計、原材料、施工、養護和環境等多方面控制。減小約束應力、減小混凝土內外溫差、加強養護是關鍵， 堅持嚴謹的施工組織管理，才能最大限度的消除和減少質量通病的產生，使大體積混凝土的質量得到有效的保證。

參考文獻

1、《大體積混凝土施工規范》（GB 50496-2009）

2、《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55-2011）

3、《混凝土工程與技術》主編：文梓蕓、錢春香、楊長輝（武漢理工大學出版社）