建筑工程大體積混凝土澆筑施工技術(shù)分析

林祥武

（福州建工（集團(tuán)）總公司，福建 福州 350000）

混凝土是建筑結(jié)構(gòu)的主要材料，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，高層建筑、水利工程、公路橋梁等大型建筑工程大范圍采用體積龐大的混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》GB50496-2018的規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體最小幾何尺寸大于1米的大體量混凝土結(jié)構(gòu)，其尺寸大小必須采取相應(yīng)的措施控制溫度溫差值，解決混凝土結(jié)構(gòu)溫差應(yīng)力造成的裂縫。這種混凝土結(jié)構(gòu)的表面系數(shù)比較小，水泥水熱化溫度應(yīng)力比較集中，混凝土內(nèi)部溫度升高比較快，混凝土澆筑后形成較大的內(nèi)外溫差和溫度應(yīng)力。因此，大體積混凝土澆筑時(shí)，必須控制溫度應(yīng)力，避免混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。西方發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)建筑發(fā)展的比較早，早在上個(gè)世紀(jì)三十年代開(kāi)始關(guān)注大體積混凝土裂縫的問(wèn)題，并研發(fā)了低熱水泥，降低混凝土結(jié)構(gòu)中的水泥用量，優(yōu)化混凝土施工工藝，發(fā)展大體積混凝土表面保溫技術(shù)，控制混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差等技術(shù)措施解決大體積混凝土澆筑裂縫問(wèn)題，取得了一定的效果［1]。我國(guó)對(duì)大體積混凝土施工技術(shù)研究的比較晚，主要集中在大體積混凝土裂縫控制方法和溫度應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算方法。為了防止大體積混凝土構(gòu)件面積太大，讓混凝土結(jié)構(gòu)底部或者構(gòu)件的部分?jǐn)嗝媸湛s應(yīng)力過(guò)大，其應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度造成裂縫，大體積混凝土往往采用分段施工方式，分段施工容易造成伸縮裂縫，因此伸縮縫間隙也成為大體積混凝土結(jié)構(gòu)的研究熱點(diǎn)［2]。同時(shí)，為了解決混凝土溫度應(yīng)力集中的收縮裂縫，建筑行業(yè)還加大了混凝土材料性能、大體積混凝土配比以及混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)等方法的研究，并取得了一定的成效。

1 建筑工程大體積混凝土的施工特點(diǎn)

1）施工工藝復(fù)雜，建筑工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)大、澆筑量大，對(duì)施工工藝要求比較高。由于大體積混凝土施工面積廣、人數(shù)多，施工環(huán)境復(fù)雜，施工過(guò)程中天氣變化都可能影響到施工質(zhì)量。因此，要嚴(yán)格控制大體積混凝土施工工藝質(zhì)量。大體積混凝土施工工藝包括前期混凝土配比設(shè)計(jì)、混凝土攪拌、混凝土運(yùn)輸、混凝土澆筑以及后期的養(yǎng)護(hù)等工序，各個(gè)工序必須嚴(yán)格按照建筑工程的實(shí)際情況進(jìn)行施工，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都可能影響到建筑工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

2）施工技術(shù)要求高，由于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土量大、澆筑面積廣，在澆筑過(guò)程中，水泥水熱化現(xiàn)象造成的溫差應(yīng)力容易導(dǎo)致混凝土裂縫、溫差變形，從而影響到混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗拉力［3]。因此，大體積混凝土澆筑過(guò)程中，必須采用連續(xù)澆筑的方式，并在澆筑過(guò)程中對(duì)混凝土進(jìn)行振搗，將混凝土材料的氣泡擠出來(lái)，減少混凝土材料內(nèi)部孔隙。混凝土澆筑過(guò)后，還要對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，減少溫差應(yīng)力和混凝土收縮裂縫。

3）容易形成裂縫，大體積混凝土結(jié)構(gòu)中的水泥用量比較大，澆筑過(guò)程中水泥水熱化釋放大量的熱量，由于大體積混凝土斷面比較厚，水泥釋放的熱量集中在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部不容易散發(fā)出去，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差比較大。受到天氣的影響，如果氣溫驟降，則進(jìn)一步加劇混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差。在高溫條件下，大體積混凝土的熱量不容易散發(fā)，大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差可能超過(guò)60℃。混凝土主要由砂石骨料、水泥、水、添加劑等構(gòu)成，混凝土材料80%的水分受到水泥水熱影響會(huì)蒸發(fā)，混凝土材料中的水分蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土體積收縮，造成收縮裂縫［4]。因此，與普通的混凝土結(jié)構(gòu)相比，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制要求更高，否則容易出現(xiàn)大范圍的混凝土裂縫和結(jié)構(gòu)變形，從而影響到大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

2 工程概況

某建筑工程為商業(yè)建筑，分為A、B兩棟，前后兩棟建筑間隔距離為9.8米，左右相隔距離為20.8米，總建筑面積為7.8萬(wàn)平方米，一共由26層，其中地下兩層，主要作為車庫(kù)、機(jī)電設(shè)備房、人防工程和物業(yè)管理房，地上裙樓為商業(yè)用房，屋檐高度為16.2米，首層高度為5.2米，二層和三層層高為4.8米，二層和三層設(shè)置走廊。主樓為公寓酒店，面積為5.0萬(wàn)平方米；地上建筑為24層，標(biāo)準(zhǔn)層高為3.2米，每一棟建筑設(shè)置四部電梯，兩處疏散樓梯，電纜井和管道井。該商業(yè)建筑的底板厚度為800mm，混凝土澆筑面積超過(guò)6500立方米，屬于大體積混凝土，為了減少大體積混凝土澆筑裂縫，采用分層分段澆筑，每一個(gè)分段的工程量相同，基礎(chǔ)底板和地下室外墻的基礎(chǔ)采用大體積收縮混凝土，其他位置的混凝土為商品混凝土。建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)的抗震烈度為8度，基本風(fēng)壓為0.5kN/m2，基本雪壓為0.25kN/m2，施工地區(qū)的氣候?yàn)闇貛Ъ撅L(fēng)氣候，夏季炎熱、氣溫比較高，冬季寒冷，氣溫比較低，晝夜溫差比較大，增加了建筑施工難度。由于該建筑基礎(chǔ)采用大體積混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土澆筑過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制混凝土結(jié)構(gòu)的溫差，確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。該工程施工地區(qū)位于市中心，交通便利，混凝土澆筑過(guò)程中，可以與交通部門(mén)進(jìn)行協(xié)調(diào)實(shí)施交通管制，確保混凝土可以連續(xù)澆筑。部分零星位置采用攪拌機(jī)配置混凝土進(jìn)行澆筑，因此還需要配置4臺(tái)混凝土攪拌機(jī)。

3 建筑工程大體積混凝土澆筑施工技術(shù)分析

3.1 混凝土配比優(yōu)化設(shè)計(jì)

混凝土由砂石、水泥、水、添加劑等材料混合而成，混凝土材料本身是一種非均勻、多孔材料，原材料的質(zhì)量直接關(guān)系到大體積混凝土施工質(zhì)量。為了確保混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，此次工程選擇的膠凝材料為普通硅酸鹽水泥，其中水泥使用水泥的總量占整個(gè)混凝土材料質(zhì)量的10-15%，細(xì)度膜數(shù)為7.8%，初凝時(shí)間為320分鐘；砂石骨料是混凝土結(jié)構(gòu)的骨架，起到填充的作用，砂石骨料分為粗骨料和細(xì)骨料，粗骨料指卵石和碎石，細(xì)骨料指的是天然砂和人工砂。混凝土的和易性、耐久性與混凝土骨料硬度、含水量、含泥量息息相關(guān)，所以必須控制混凝土骨料的級(jí)配、雜質(zhì)。混凝土的細(xì)骨料必須按照 《建筑工程混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2015的要求，細(xì)砂模數(shù)控制在2.8-2.85之間，含泥量小于3%，不允許骨料中含有泥塊。粗骨料的最大粒徑小于150mm，含水率小于1%。施工用水為市政公司的自來(lái)水，水質(zhì)基本可以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。為了避免大體積混凝土澆筑面積過(guò)大，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，還需要在混凝土材料中增加添加劑，常見(jiàn)的添加劑有粉煤灰、礦渣、減水劑等，粉煤灰、礦渣可以起到膠凝材料的作用，減少混凝土材料中堿-集料的反應(yīng)，避免由于施工過(guò)程中大體積混凝土溫差應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致混凝土裂縫。粉煤灰和礦渣主要來(lái)火電廠，其質(zhì)量符合國(guó)家規(guī)定的要求，粉煤灰的堿含量小于2%，燒失量小于3%，氧化鈣的含量控制在5%以內(nèi)。還可以增加一定的減水劑，減水劑可以減少水分的蒸發(fā)，減少混凝土材料的收縮裂縫。混凝土材料配比關(guān)系到基礎(chǔ)工程的強(qiáng)度、耐久性、抗拉強(qiáng)度和施工質(zhì)量。因此，在施工過(guò)程中，必須優(yōu)化混凝土材料的配比，降低水泥用量和控制大體積混凝土的溫差裂縫和變形。結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕夂颦h(huán)境，此次建筑工程的混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)為C40，配比強(qiáng)度不能低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并考慮到混凝土材料的和易性和坍落度。通過(guò)試驗(yàn)，得出兩種混凝土配比，并送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行復(fù)查，其檢查結(jié)果如下：

表1 C40混凝土配比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)監(jiān)理工程師和業(yè)主單位審核確定，4號(hào)混凝土配比作為本工程底板混凝土的配比方案。商品混凝土的配置必須嚴(yán)格按照該配比進(jìn)行配置，攪拌機(jī)配置的混凝土也應(yīng)按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置，確保混凝土結(jié)構(gòu)的一致性，以免因?yàn)榕浔炔唤y(tǒng)一，導(dǎo)致混凝土裂縫。

3.2 完善工程的前期準(zhǔn)備

施工前期的準(zhǔn)備工作關(guān)系到施工進(jìn)度，由于大體積混凝土澆筑施工技術(shù)涉及到的施工區(qū)域面積廣、材料多、人員多，施工前必須做好相應(yīng)的人力準(zhǔn)備、物力準(zhǔn)備。施工前，施工單位必須按照業(yè)主要求，辦理施工許可文件和環(huán)評(píng)批復(fù)，確保工程順利實(shí)施。首先，做好施工人員準(zhǔn)備，工程技術(shù)負(fù)責(zé)人做好技術(shù)交底工作，組織現(xiàn)場(chǎng)所有的施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，讓他們了解建筑工程的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)圖紙，并向他們講解大體積混凝土澆筑工藝流程，對(duì)大體積混凝土澆筑的重點(diǎn)環(huán)節(jié)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。本項(xiàng)目前期使用商品混凝土，在商混站取樣后送有資質(zhì)的專檢機(jī)構(gòu)做材料配合比試驗(yàn)，并核查施工人員是否具備相關(guān)崗位資格證，只有具備相關(guān)崗位資格證書(shū)，才能上崗工作。其次，要做好現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備工作，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，了解施工現(xiàn)場(chǎng)的地貌地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下埋設(shè)管道管線、道路運(yùn)輸情況、臨近建筑以及地下障礙物等，然后按照施工方案進(jìn)行組織人員施工［6]。施工區(qū)域的地下管線、電纜、給排水管道必須詳細(xì)了解，并上報(bào)監(jiān)理工程師進(jìn)行處理。地基基礎(chǔ)開(kāi)挖土方除了預(yù)留的填埋土方堆放在現(xiàn)場(chǎng)外，其他的全部外運(yùn)。根據(jù)施工需求，安排水、電源，道路，排水、支護(hù)結(jié)構(gòu)等各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施。大體積混凝土澆筑過(guò)程需要攪拌機(jī)、運(yùn)輸車、料斗、串筒、振動(dòng)器等機(jī)械設(shè)備。根據(jù)本工程的施工方案并結(jié)合各個(gè)分部分項(xiàng)的施工工序，制定施工機(jī)械設(shè)備的進(jìn)出場(chǎng)計(jì)劃，讓各個(gè)機(jī)械設(shè)備有序運(yùn)行。機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，還需要對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能進(jìn)行檢查，檢查機(jī)械設(shè)備的各項(xiàng)性能是否正常，各個(gè)零部件是否松動(dòng)，確認(rèn)正常以后才能進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。此外，還要做好現(xiàn)場(chǎng)的物資準(zhǔn)備。建筑工程大體積混凝土澆筑面積超過(guò)了6000立方米，所需的水泥、砂石骨料、粉煤灰的數(shù)量比較多，在施工前，必須做好物資的采購(gòu)，按照施工進(jìn)度，采購(gòu)相應(yīng)的物資。對(duì)于原材料必須有出廠合格證，要認(rèn)真做好檢驗(yàn)工作，按規(guī)定進(jìn)行分批驗(yàn)收，并取樣送試，檢驗(yàn)合格后方可用于工程中。混凝士澆筑前提前需要給攪拌站提供混凝土供應(yīng)需求，并要求攪拌站做好供應(yīng)運(yùn)輸準(zhǔn)備。水泥受潮容易硬化，水泥運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，需要進(jìn)行有效的保管，防止受潮。

3.3 規(guī)劃具體施工的方案

1）攪拌技術(shù)，根據(jù)建筑工程施工方案，配置了4臺(tái)攪拌機(jī)，負(fù)責(zé)生產(chǎn)零星結(jié)構(gòu)混凝土。大部分的混凝土采用商品混凝土，確保混凝土質(zhì)量穩(wěn)定。小量零星混凝土按照商品混凝土的配比進(jìn)行配置，采用同一種型號(hào)的水泥、同等級(jí)的砂石骨料和添加劑。混凝土攪拌前，攪拌站工作人員必須檢查現(xiàn)場(chǎng)的砂石含水率、粉煤灰、減水劑是否施工要求，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果、施工環(huán)境以及工作性能及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)配比，讓混凝土的配比和水灰比符合設(shè)計(jì)要求。攪拌機(jī)正式開(kāi)始工作前，需要加水空轉(zhuǎn)5-10分鐘，然后將水放干凈，可以將攪拌機(jī)內(nèi)的灰塵和雜質(zhì)排出去，以免影響到混凝土的質(zhì)量。攪拌機(jī)由物料存儲(chǔ)系統(tǒng)、物料稱重系統(tǒng)、物料運(yùn)輸系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、粉料存儲(chǔ)系統(tǒng)、粉料運(yùn)輸系統(tǒng)、粉料計(jì)量系統(tǒng)、水和添加劑計(jì)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及其他附屬設(shè)備構(gòu)成。其中控制系統(tǒng)是整個(gè)攪拌技術(shù)的核心，可以結(jié)合工程的實(shí)際需求，設(shè)置不同的功能和配置參數(shù)。攪拌混凝土?xí)r，必須嚴(yán)格按照混凝土配比、攪拌時(shí)間輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并按照各個(gè)原料的質(zhì)量計(jì)量，配料按照配料單進(jìn)行稱量。在稱量的時(shí)候，水泥、粉煤灰膠凝材料的質(zhì)量允許偏差控制在±1%；減水劑、膨脹劑等添加劑的質(zhì)量允許偏差控制在±1%；粗細(xì)骨料的質(zhì)量允許偏差控制在±2%；攪拌用水質(zhì)量允許偏差控制在±1%。混凝土原材料的投放順序分別是粗骨料、細(xì)骨料、水泥、粉煤灰、水、減水劑。其中粉煤灰投入時(shí)需要攪拌30秒，加入水時(shí)需要攪拌60秒，加入減水劑需要攪拌30秒。如果采用其他投料順序，需要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定攪拌時(shí)間，確保混凝土材料攪拌均勻。初次攪拌時(shí)，采用手動(dòng)操作，直到確認(rèn)電氣元件動(dòng)作安全可靠，攪拌的混凝土質(zhì)量符合施工要求時(shí)，可以采用自動(dòng)生產(chǎn)模式。混凝土攪拌過(guò)程中，24小時(shí)需要抽樣2次檢查是否符合施工要求。

2）添加劑投放，根據(jù)大體積混凝土的施工要求，需要在混凝土材料中添加粉煤灰、礦渣、高效減水劑、膨脹劑，提高混凝土材料的密度，降低混凝土材料水分蒸發(fā)速度。粉煤灰是火電廠鍋爐燃燒以后，煙氣排放后通過(guò)布袋除塵器收集到的細(xì)粉，主要由氧化鈣、氧化硅等構(gòu)成，是一種多孔蜂窩狀的顆粒結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的吸水性和吸附性，將其摻入到混凝土材料中，可以減少水泥與砂石骨料的孔隙，增加水泥的凝聚力，讓水滲透到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，提高混凝土結(jié)構(gòu)的致密性。礦渣是鋼鐵冶煉冷萃后的副產(chǎn)品，含有氧化鈣、氧化鋁等礦物質(zhì)，將其摻入到混凝土材料中，可以降低混凝土中的水泥水熱化反應(yīng)，促使水泥水化過(guò)程中生成更多的CS-H凝膠，降低水泥泥漿的孔隙率。

3）分層澆筑，本建筑工程采用分層澆筑，澆筑前，需要清除混凝土結(jié)構(gòu)模板的水泥、灰塵等雜物，以免影響到澆筑質(zhì)量。混凝土采用連續(xù)澆筑方式，各個(gè)工序應(yīng)該緊密連接。建筑工程底板澆筑面積大、澆筑量大，施工過(guò)程盡量集中，按照澆筑順序進(jìn)行澆筑，以免造成施工縫［7]。在澆筑過(guò)程中，攪拌機(jī)的運(yùn)輸泵管振動(dòng)過(guò)大，可能造成底板鋼筋移位，在澆筑的時(shí)候，需要在泵管下架設(shè)鋼管支架。泵送混凝土的坍落度比較大，還需要對(duì)澆筑的混凝土進(jìn)行振搗，將混凝土內(nèi)部的氣泡排出來(lái)，混凝土振搗棒從四周向中間進(jìn)行振搗，振搗棒必須插入下層5-100mm位置，以免分層導(dǎo)致混凝土施工分析，底板厚度為800mm，分層澆筑的厚度為400mm。按照快插慢拔的方式振搗，振搗按照施工進(jìn)度進(jìn)行，避免漏振或者少振，振搗均勻并盡量不與下層的模板碰觸，以免造成模板移位。每一處振搗的時(shí)間不能少于25秒，直到混凝土表面沒(méi)有泛出灰漿，沒(méi)有氣泡冒出，則可以進(jìn)行下一處振搗。下一層振搗前，需要將上一層混凝土結(jié)構(gòu)振搗完才能進(jìn)入到下一層。混凝土澆筑后，在混凝土材料初凝前，需要用木抹子對(duì)混凝土表面進(jìn)行二次抹壓，搓出灰漿，并將混凝土表面進(jìn)行收光后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4）后期養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，還需要及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，一般養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7-15天。通過(guò)混凝土養(yǎng)護(hù)，可以降低大體積混凝土內(nèi)外溫差，提高混凝土抗拉強(qiáng)度。大體積混凝土養(yǎng)護(hù)方式有灑水養(yǎng)護(hù)、覆蓋塑料薄膜、鋪設(shè)稻草以及涂抹養(yǎng)護(hù)劑等方式。混凝土澆筑初凝后，可以在底板混凝土結(jié)構(gòu)上覆蓋一層塑料薄膜，在塑料薄膜上面覆蓋草袋可以起到隔熱保溫作用，有效防止混凝土外部過(guò)快下降，導(dǎo)致內(nèi)外溫差應(yīng)力或者自收縮性導(dǎo)致的混凝土裂縫。如果在夏季施工，天氣炎熱，為防止水分過(guò)快蒸發(fā)，還需要在覆蓋草袋上灑水，降低水分的蒸發(fā)速度。大體積混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)后，其硬化強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以后，才能拆除模板。如果需要在底板上作業(yè)，則需要確保大體積混凝土的強(qiáng)度100%達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在拆除混凝土結(jié)構(gòu)模板的時(shí)候，必須堅(jiān)持從下至上，從四周向中間拆除，防止混凝土模板突然掉落，造成安全事故。

4 結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土的體積大、澆筑量大，對(duì)澆筑施工技術(shù)要求比較高，否則，容易出現(xiàn)水泥水熱化造成的溫度裂縫和收縮裂縫，影響到大體積混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。因此，在施工過(guò)程中，必須優(yōu)化混凝土材料配比，選擇合適的添加劑，嚴(yán)格控制混凝土澆筑過(guò)程，確保混凝土澆筑質(zhì)量。當(dāng)前，我國(guó)大體積混凝土的裂縫控制技術(shù)主要集中在混凝土材料性能、大體積混凝土配比以及混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)等方面的研究，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)低熱水泥、混凝土表面保溫技術(shù)的研究。