芻議市政工程大體積混凝土施工過程控制對策

李育楠

（福建繼昌建筑工程有限公司）

芻議市政工程大體積混凝土施工過程控制對策

李育楠

（福建繼昌建筑工程有限公司）

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)不斷向前推進(jìn)，大體積混凝土結(jié)構(gòu)將越來越多的應(yīng)用于大型市政工程建設(shè)，本文基于此，首先簡述了大體積混凝土的結(jié)構(gòu)特點，然后重點論述了在市政工程施工過程中大體積混凝土的影響因素，最后給出了大體積混凝土施工過程的控制對策，望給相關(guān)的工程人員提供一定的參考價值。

大體積混凝土；結(jié)構(gòu)特點；影響因素；控制對策

1　引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)體系的不斷完善，國家對于基礎(chǔ)設(shè)施的投入力度也不斷增大，我國城市中的大型乃至特大型市政工程的數(shù)量開始呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的趨勢，相應(yīng)的大體積混凝土工程數(shù)量也越來越多。大體積混凝土工程往往具有長度、寬度、厚度尺寸較大、澆筑面和澆筑工作量較大、整體性要求高、不允許留施工縫等一系列特點，對相關(guān)工程人員和施工技術(shù)提出了較高的要求，特別是在澆筑過程中，大體積混凝土的往往會在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生較大的水化熱量，形成40℃以上的內(nèi)外溫差，從而對形成的貫穿混凝土表面的收縮裂縫。在這樣的背景下，如何做好大體積混凝土施工過程的控制工作，值得相關(guān)的工程人員進(jìn)一步深思。

2　市政工程中大體積混凝土結(jié)構(gòu)特點簡述

現(xiàn)階段的市政工程中，大體積混凝土主要應(yīng)用在大型立交橋、交通隧道等一系列領(lǐng)域。除了長度、寬度、厚度尺寸較大、澆筑面和澆筑工作量較大等顯著特點以外，大體系混凝土還具有以下結(jié)構(gòu)特點：

2.1容易產(chǎn)生不均勻變形

大體積混凝土的主要成分包括骨料、水泥石、水、氣體等，屬于非勻質(zhì)材料，在市政工程施工過程，尤其是隧道等地下工程的施工過程中，大體積混凝土容易在溫度、濕度等條件下產(chǎn)生不均勻的變形，例如骨料收縮、水泥石收縮等等，由于分子之間的約束力，這種不均勻的體積變形不能無限擴(kuò)大，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生粘結(jié)微裂縫或水泥石微裂縫。

2.2混凝土拉應(yīng)力過大

大體積混凝土施工過程中，作用在大體積混凝土結(jié)構(gòu)的靜荷載或動荷載會產(chǎn)生應(yīng)力，水泥水化熱的溫度應(yīng)力亦會在較長的時間內(nèi)與大體積混凝土發(fā)生反應(yīng)，相較于普通混凝土結(jié)構(gòu)而言，大體積混凝土的混凝土拉應(yīng)力明顯較大，在上述因素的共同作用下，易導(dǎo)致施工過程中混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

2.3混凝土抗拉強(qiáng)度較低

大體積混凝土的抗拉強(qiáng)度相較于抗壓強(qiáng)度而言相對較低，大約只有抗壓強(qiáng)度的15%，這就意味著大體積混凝土的可拉伸性和可變形性相較于普通混凝土而言更遜色，但另一方面，大體積混凝土的結(jié)構(gòu)斷面大，施工過程中水泥用量也更大，澆筑完成后，水泥水化釋放出的大量水化熱由于缺乏有效的內(nèi)部散溫措施，往往會形成超過40℃以上的內(nèi)外溫差，進(jìn)而導(dǎo)致體積變化。一旦體積變化所形成的拉應(yīng)力超過了大體積混凝土的抗拉強(qiáng)度，就極易導(dǎo)致市政工程施工中出現(xiàn)滲漏、蜂窩面等問題。

2.4結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面尺寸與受力存在差異

在大體積的混凝土結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面尺寸與受力往往存在一定的差異，容易導(dǎo)致構(gòu)件的剛度和配筋量與設(shè)計值存在較大的區(qū)別。另一方面，大體積混凝土的基礎(chǔ)內(nèi)部相較于普通混凝土結(jié)構(gòu)而言更為復(fù)雜，所需要的配筋量和鋼筋直徑也更大。例如某市政工程決定在市中心周圍修建大型環(huán)城立交橋，考慮到具體的工程條件，設(shè)計中混凝土的體積大約需要8000m3，鋼筋用量約為7.5t，但在實際施工中，由于采用整體承臺分段的方式，混凝土使用量和鋼筋用量均有著顯著的增加，這種設(shè)計值與施工值的區(qū)別，容易導(dǎo)致整個工程的部分結(jié)構(gòu)中存在一定的安全隱患。

3　市政工程大體積混凝土施工過程的影響因素分析

3.1水化熱的影響

大體積混凝土施工過程中，水泥的水化熱會對施工過程中的溫度產(chǎn)生重要的影響。試驗表明，每克普通硅酸鹽水泥放出的熱量大約為500J，考慮到市政工程大體積混凝土的截面尺寸較大，這部分水化熱在施工的1～3d內(nèi)達(dá)到頂峰，大約為總熱量的50%，而整個內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度則會在澆筑后的3～5d內(nèi)達(dá)到峰值。在上述所述的升溫階段，由于大體積混凝土?xí)浞钟不虼怂a(chǎn)生的拉應(yīng)力也較低，可能會引起混凝土表面產(chǎn)生微小裂縫，但隨著水泥水化熱放出的熱量達(dá)到峰值以及水泥齡期的增長，混凝土的彈性模量也不斷增強(qiáng)，對于混凝土降溫收縮產(chǎn)生的變形的約束力也不斷上升，當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度與約束力不能匹配時，就容易產(chǎn)生如圖2所示的溫度裂縫。

圖1　大體積混凝土水化熱曲線

圖2　混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生的應(yīng)力示意圖

3.2外界氣溫變化的影響

大體積混凝土的內(nèi)部溫度是由三部分的溫升疊加過程的，具體包括水化熱的絕熱溫升、澆筑溫度的變化以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)物的散熱溫度。考慮到溫差所引起的溫度變形會形成溫度應(yīng)力，故市政工程施工過程中，外界環(huán)境如果為夏季高溫條件，那么大體積混凝土內(nèi)部的最高溫度可能會達(dá)到60℃以上，如果是市政隧道工程的施工，那么由于地下通氣情況較差，工程中形成的溫度應(yīng)力將會對混凝土內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。如果市政工程施工時外界溫度過低但混凝土降溫幅度過大，即氣溫驟降時，會使得外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度過大，容易形成貫穿大體積混凝土結(jié)構(gòu)的貫穿裂縫，這一現(xiàn)象在大型立交橋的橋墩、橋面等大體積結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的更為明顯。

3.3施工操作不當(dāng)?shù)挠绊?/p>

市政工程施工中操作不當(dāng)對大體積混凝土工程產(chǎn)生的影響具體可劃分為三個方面：①施工過程操作存在錯誤，容易造成混凝土強(qiáng)度不足、產(chǎn)生裂縫等等，包括大型市政隧道工程未采取鋼筋加強(qiáng)措施、結(jié)構(gòu)部分模板未進(jìn)行制成、混凝土拆模過早等等。②混凝土振搗方式選擇不當(dāng)，例如路橋類市政工程中未能根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)選擇合適的振搗方式，造成混凝土振搗過程中分層離析現(xiàn)象較為嚴(yán)重，出現(xiàn)的表面浮漿會使得混凝土開裂，甚至導(dǎo)致所竣工的路橋混凝土結(jié)構(gòu)厚薄交界處出現(xiàn)較寬的裂縫。③缺乏合適的混凝土養(yǎng)護(hù)工作，大型立交橋、環(huán)城公路等大型市政工程如果混凝土澆筑完成后未能及時進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)工作，暴露在外的較大表面積容易使得表面水分迅速蒸發(fā)，如果所在城市處于濕度較低或是外界溫度較高等惡劣條件下，極有可能產(chǎn)生干縮裂縫。

4　市政工程大體積混凝土施工工程的控制對策芻議

4.1加強(qiáng)材料的選擇與控制工作

市政工程大體積混凝土的施工中，加強(qiáng)材料的選擇與控制工作對于保障工程質(zhì)量有著重要意義。在材料的選擇方面，施工人員應(yīng)盡可能選擇中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸水泥，有效降低水泥的水化熱。在材料的控制方面，施工人員可在滿足混凝土強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低水泥用量，并添加磨細(xì)粉煤灰、礦渣粉等材料以減少絕熱條件下混凝土的溫度上升幅值，延緩凝結(jié)時間。如某市政工程對于溫度控制有較高要求，施工人員還應(yīng)當(dāng)根據(jù)硬化混凝土收縮等性能指標(biāo)適當(dāng)添加合適的外加劑，從而延遲水化熱釋放速度，并采用避免冷接縫的方式提升大體積混凝土施工的流動性。

4.2降低骨料溫度及控制混凝土入模溫度

降低骨料溫度及混凝土入模溫度可以有效防止因外界氣溫變化和水化熱對混凝土內(nèi)部溫度的影響，具體可從以下幾個方面著手：①提升骨料的堆放高度，同時在骨料倉和混凝土的運輸車輛上搭設(shè)防曬棚，避免高溫條件下陽光直射造成骨料溫度顯著上升。②采用合適的降溫方式控制倉庫溫度，確保水泥在攪拌站的入機(jī)溫度不高于60℃，避免澆筑后水泥放出的水化熱過高影響混凝土使用性能。如有條件，也可使用專門的溫度可控的倉庫進(jìn)行市政工程的材料堆放。③在夏季天氣對大型市政工程進(jìn)行澆筑時，需要將混凝土入模溫度控制在35℃以下，可考慮采用遮蓋、灑水、拌冰屑等方式降低混凝土的原材料溫度，冬季施工時，則需要適當(dāng)采用熱水拌和、加熱骨料等方式適當(dāng)提升混凝土的溫度，確保混凝土入模溫度不低于5℃。

4.3合理分層分塊澆筑

大體積混凝土的施工需要在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，最大限度降低裂縫產(chǎn)生的可能行，因此，采用合理的澆筑方式進(jìn)行混凝土分層分塊澆筑就顯得極其重要，以路橋類市政工程為例，大體積混凝土的澆筑厚度需要根據(jù)振搗器的作用深度及混凝土的和易性來進(jìn)行選擇，常見的澆筑厚度為300～500mm。常用的分層分塊澆筑方式包括整體分層連續(xù)澆筑和推移式連續(xù)澆筑兩種，澆筑過程中需要嚴(yán)格控制澆筑的每一步的時間間隔，確保層間最長的間歇時間不應(yīng)大于混凝土的初凝時間，避免因澆筑熱量不穩(wěn)定而形成施工縫。在混凝土供應(yīng)量能夠得到保障的情況下，澆筑人員可采用多點同時澆筑和二次振搗工藝相結(jié)合的方式進(jìn)行澆筑，否則應(yīng)當(dāng)從從低處開始，沿長邊方向自一端向另一端進(jìn)行澆筑。

4.4選用合適的表面保溫措施

正如上文中所論述的，剛澆筑完成的大型市政工程的強(qiáng)度往往較低，其抵抗變形的能力較弱，如果長期暴露在不利的溫度和濕度條件下，極容易形成破壞建筑結(jié)構(gòu)的干縮裂縫或冷縮裂縫。大型市政工程的保溫工作正是基于此所實行的，其原理是通過人為控制混凝土的散熱過程來減少混凝土表面與外界溫度的溫度梯度。常用的大型市政工程的表面保溫措施包括搭設(shè)保溫棚、配備塑料薄膜、鋪設(shè)阻燃保溫被、涂敷養(yǎng)護(hù)劑涂層等等，一般大型市政工程的保溫養(yǎng)護(hù)持續(xù)時間不得少于14d，相關(guān)的工程養(yǎng)護(hù)人員需要及時檢查塑料薄膜、養(yǎng)護(hù)劑涂層等保溫設(shè)備的完整情況，如果所在城市氣溫較低，可考慮在混凝土內(nèi)部埋設(shè)熱敏元件進(jìn)行溫度監(jiān)控，從而為調(diào)整保溫措施提供必要的科學(xué)依據(jù)，并且降低人力損耗。

5　結(jié)束語

結(jié)合市政工程中大體積混凝土的施工工程實際情況，筆者認(rèn)為裂縫的產(chǎn)生是大體積混凝土施工過程的主要問題，相關(guān)的施工人員和管理人員需要立足于此，在了解市政工程大體積混凝土施工過程的影響因素的基礎(chǔ)上，秉承精益求精的重要態(tài)度，對可能出現(xiàn)的裂縫采取必要的控制對策，有效保障大型市政工程的施工質(zhì)量。

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TU755

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1673-0038（2015）20-0029-02

2015-4-29