基于土木工程大體積混凝土施工技術的研究

張耀

（山西三建集團有限公司 山西太原 030024）

1 大體積混凝土溫度裂縫成因

相比之下，混凝土抗拉強度較低，一般只占抗壓強度的1/10～1/20，因此當其受拉時，極易在細微變形下產生裂縫，一旦混凝土抗拉強度不足以抵抗所受拉力時，便會越過殘余變形直接發生脆性斷裂。受其自身屬性的影響，大體積混凝土所受溫度變化影響敏感，實踐證明：大體積混凝土結構自身溫度每升高1℃，其每米便會膨脹大約0.01mm。混凝土澆筑初期，在其硬化過程中因水化反應會釋放出大量熱量，并且由于混凝土為熱的不良導體，在散熱緩慢的情況下，必然會導致其內部溫度升高且大于外部溫度，進而使混凝土結構因內部受壓、外部受拉的溫差應力的產生而在表面發生裂縫。隨著混凝土強度的逐漸提升，其彈性模量隨之增大，其后便會進入降溫階段，此時混凝土會因降溫差而發生變形，加之其體積因失水而收縮，以及外部荷載的作用，致使綜合產生的拉應力大于混凝土抗拉強度時，表面裂縫則會發育為貫穿性裂縫。

2 大體積混凝土溫度應力分析

2.1 澆筑初期

混凝土內部溫度因水化熱的釋放而升高，此時在膨脹作用下使構件內部受壓而外部受拉，并且隨著齡期的不斷增長，該階段開始至水化熱釋放結束（持續約30d）混凝土彈性模量會發生急劇變化。

2.2 澆筑中期

混凝土內外溫差呈減小趨勢，受外界約束其內部受拉而表面受壓，疊加早期殘余應力后總體溫度應力減小。該階段起始于水化作用結束之時，終止于混凝土溫度冷卻至穩定，混凝土彈性模量無較大變化。

2.3 澆筑晚期

外界氣溫變化為產生應力的主要因素，疊加前期殘余應力后溫度應力基本穩定且表現較低。該階段混凝土冷卻完全，彈性模量呈穩定狀態。

3 大體積混凝土施工技術（溫控措施）

3.1 材料選擇

3.1.1 水泥

選擇初凝時間長、水化熱低的水泥。水化熱作為溫度應力產生的主導因素，因此水泥選用應以425R等級的礦渣硅酸鹽水泥為首選，其具有硅酸三鈣含量少、水化熱低、水化速度慢等特點，可以很好的預防混凝土結構溫度裂縫的產生。

3.1.2 骨料

由于骨料級配越好，所需膠凝材料用量就會越少，因此便會減少砂的用量，并通過骨料含泥量的控制，可有效降低混凝土的收縮，同時促使極限抗拉強度得到提升。對于骨料含泥量的控制（砂2%，石1%），其作用不僅可以提升混凝土抗壓強度，同時還可減少水泥與水的用量。試驗結果顯示：混凝土配制當用粒徑為0.5～4cm連續級配的碎石與細度模數為3.15的中粗砂時，每立方米可減少水泥與水分別為28～35kg和20～25kg的用量。

3.1.3 外加劑

采用外加劑雙摻技術。適量粉煤灰的摻加可因水泥用量的減少而降低水化熱，其用量需經試驗確定，一般不大于30%；緩凝劑的使用不僅可在水化熱的釋放速率與峰值出現上起到延緩與推遲作用，而且還可減緩混凝土的凝結速率，延長凝結時間，推遲混凝土強度的早期發展，同時對于混合料和易性的改善和水泥與水用量的減少起到促進作用，進而達到降低水化熱的目的。

3.2 混凝土施工

3.2.1 混凝土澆筑

（1）去除混凝土表面松動石子、軟弱層及浮漿，使粗骨料露出表面均勻；

（2）新澆混凝土實施前，用高壓水槍對下層混凝土進行沖洗，確保其表面干凈、濕潤無污物，但應注意不得有積水；

（3）當為非泵送與流動性較低的混凝土時，應在實施接漿處理后方可進行上層混凝土澆筑任務。

3.2.2 二次振搗

實踐證明，對于混凝土極限抗拉強度的提升，通過利用二次振搗法與二次投料水泥裹砂法便可得以實現。二次投料水泥裹砂法即為現將全部水泥、細集料以及三分之一用量的水一次投入拌制（攪拌大約60s）砂漿，完成后再次投入剩余用水與全部粗骨料，經攪拌后制成混凝土。該法可通過改變混凝土內部結構而在一定程度上改善其強度（提高約15%），并在入模過程中可減少離析現象，節約水泥20%左右。

二次振搗即為在混凝土未初凝且未達到振動界限之前實施再次振搗，其可將因泌水在水平鋼筋與粗骨料下部生成的空隙與水分進行排除，進而分別提升豎向鋼筋與水平鋼筋的抗拔力與握裹力，促使水密性增加，將混凝土抗壓強度得到提升，從而以對混凝土內部裂縫的抑制而避免其因下沉導致裂縫出現。二次振搗任務實施的關鍵在于時間控制（一般為澆筑完成后1～3h），該時間以混凝土振搗后塑性狀態還可恢復為依據標準，亦稱振搗界限，其具體判斷一般包括兩種方法：①對混凝土插入運轉狀態的振動棒，其可恢復至塑性狀態，當拔出振動棒時，所成空洞能被混凝土自行填滿，此時便為實施二次振搗的最佳時間；②利用測定貫入阻力值法。該方法一般為國外常用，即為通過實時測定，在標準貫入阻力值未達到3.5N/mm2時實施二次振搗，此時則不會對已成型的混凝土造成損傷。

3.3 混凝土養護

為防止混凝土表面失水過多并為其早期水化反應提供所需水分，大體積混凝土應在澆筑完成12h內開始進行養護工作，養護方式一般采用覆蓋灑水法。此外，對于大體積混凝土內表溫差的控制，具體應對溫度階梯與構件尺寸綜合考慮后合理確定，通常為不大于25℃，并且核心最高溫度不應超過60℃，此時可認為溫差應力不會對混凝土結構造成裂縫。基于此，對于大體積混凝土內表溫差的控制可從結構內外同時著手，具體可對內部通水（冷卻水）循環降溫的同時適當提升結構表面溫度，以此達到減小內表溫差、降低溫度應力的目的。具體養護操作時，由于混凝土結構在澆筑完成2d內內部溫度上升速率較快，其冷卻水循環降溫后溫度上升明顯，因此可利用混凝土結構內部降溫循環出來的熱水進行外部噴灑養護，以此通過外部溫度的提升來有效減小結構內表溫差。

4 結語（經驗總結）

基于以上論述，本文筆者通過實踐經驗的總結，以抑制大體積混凝土溫度裂縫為目的，建議性提出以下3點措施：

（1）增設防裂鋼筋網。在鋼筋混凝土結構中，由于鋼筋為拉應力的主要承受“部件”，因此可通過增設鋼筋網片的形式來改善構件的約束條件，進而提升混凝土結構的抗裂能力。布置方式可以下式（經驗公式）為參考：

式中：εPa為配筋后混凝土的極限拉伸；Rf為混凝土設計抗裂強度，MPa；ρ為結構截面配筋率；d為鋼筋直徑，mm。

分析上式可知，通過細鋼筋、小間距的布置方式便可實現混凝土抗裂性能的提升，對于筏板基礎而言，在此建議采用φ8～16@100～200的防裂鋼筋網片。

（2）適量摻加纖維。混凝土摻入纖維后，其內部會形成數以千萬計且呈網狀結構的纖維三維，此時當冷縮與干縮現象于混凝土塑性階段形成時，其表面一旦與網狀纖維碰觸便會停止擴展，以此對混凝土早期塑性收縮形成抑制作用，使構件整體性得到保障。

（3）設置后澆帶。后澆帶的主要作用是減小混凝土結構的約束范圍，進而實現構件整體性的保護，其在主體混凝土澆筑30d后應采用膨脹性水泥配制的混凝土實施澆筑處理。后澆帶間距一般按20～30m布設。