大體積混凝土施工技術

王海霞

（淮安中遠工程檢測有限公司，江蘇淮安 223001）

0.概述

目前，橋梁大體積混凝土承臺結構使用較為普遍，經常出現內外部裂縫，導致結構承載力下降、耐久性降低。如何集中精力就大體積混凝土裂縫成因、預防措施，設計優化、方案針對性處置措施、養護技術等方面進行研究，總結出一套技術成熟可行，成品優良的裂縫技術措施，全方位、多角度地控制大體積混凝土的裂縫，本文解析這些技術措施包括原材料、新工藝、內部降溫措施、溫度監控等。

1.本文研究的內容及意義

針對大體積混凝土的裂縫預防提出技術措施，并通過工程實體項目進行驗證，最終拿出方案可行，成果優良的全套技術方案，供后續工程項目中大體積混土施工參考，為各類大體積混凝土施工提供借鑒經驗。

2.大體積混凝土預防裂縫

在實踐中大體積混凝土[1]出現的裂縫主要是成型初期內部溫度與內表溫差控制不到位，使用的各種材料質量、水溫等控制不到位。針對存在問題，提出幾點預防建議。

（1）原材料方面：從水泥、砂石骨料、減水劑與摻和料的選用。

（2）配合比設計方面：1）使用緩凝型減水劑和粉煤灰、粒化高爐礦渣粉等摻合料；2）嚴控粗細集料粉塵含量，選擇最佳施工坍落度，降低配合比設計中的水泥選用量，做到低熱、高強、穩定等性能。

（3）施工方面：1）砂、石材料覆蓋到位，拌和水冰塊降溫，水泥儲存罐采取反光包裹、遮陽、防曬等措施，控制各種材料的入倉溫度，保證拌和物出倉溫度符合要求；2）充分發揮養護作用及粉煤灰混凝土的后期強度增長優勢，合理降低用水量，減少水泥用量，弱化水化熱和結構體積收縮的影響。3）施工澆工必須嚴格分層、分塊循序澆筑，分塊分層的尺度根據施工方案中溫控設計的要求及現場人工澆筑能力合理確定，出現不妥及時優化調整。4）加強混凝土澆筑與振搗質量，保證混凝土成型后均勻密實與結構強度，無漏振過振現象；5）分層設置冷卻水管，宜控制在層間距不大于1m，冷卻水管宜采用金屬材質等降溫快的水管，不得采用塑料管材；6）模板宜采用竹膠板、木模等保溫性好的模板，盡可能避免使用鋼模板，以延緩混凝土表面失溫速度，降低結構溫變裂縫。7）對于澆筑完成的混凝土結構，拆模時混凝土的強度及內外溫差均應符合規范與設計要求，不得在無溫度監控、無強度結果情況下擅自折模；8）嚴格“內降外保”措施，混凝土的溫度監控要嚴格，從內部、表面、空氣溫度等3個方面監控，使混凝土各項溫度指標處于可控范圍內，避免因溫度指標變化產生應力裂縫與貫穿裂縫，保證結構穩定與耐久性；9）做好蓄水保溫，利用混凝土內部冷卻降溫時循環出的水作為構件外部包裹保溫養護用水，因為經構件內部循環后排出水的溫度基本滿足混凝土結構外表面的溫度保護要求。

（4）工程設計方面：1）通過提高圖紙中增配結構構造鋼筋，提高混凝土鋼筋保護層厚度設計指標，提高結構抗裂、抗拉性能[2]；2）對結構應力集中、易開裂的薄弱環節，加強振搗等工藝處理，提高結構彈性模量，以抵消結構的溫變變形；3）結合施工現場的氣候條件制訂合理施工方案，明確澆筑時間、分層、振搗等工藝方法。4）可對邊緣部位提高其配筋率或增加鋼筋網片布設以提高鋼筋混凝土的綜合抗拉強度，提高抗裂性能；5）在設計中明確冷卻水管的布設方法與溫度監控要求，同時對內外部溫度監控點做出詳細設計圖表。

3.大體積混凝土施工實例

本文以筆者參與建設的某大橋柱墩承臺施工為例介紹大體積混凝土相關施工技術。

3.1 工程概況

本工程主墩的承臺為矩形墩，結構尺寸為12.75m×3.0m，采用C40強度混凝土，主墩承臺采用獨立分離式，承臺尺寸16.4m×7.4m×3m，采用C35強度混凝土，主墩封底混凝土厚度0.5m，采用C20水下混凝土，每個承臺下設置8根直徑1.8m，72m（南岸）/70m（北岸）長鉆孔灌注樁，縱向2排，橫向四排，呈矩形布置，按摩擦樁設計，采用C30水下混凝土澆筑。

3.2 施工方案

（1）優選混凝土原材料。

1）水泥：中聯產水泥P·O42.5級普通硅酸鹽水泥。

2）摻合料：Ⅱ級粉煤灰，廠家：淮安華能電廠，各項檢測指標符合規范要求。

3）粗細集料：使用的集料連續級配（4.75mm～31.5mm），粗細比例為7∶3；細集料用中砂，各項性能指標符合規范與設計要求；細集料采用河砂，含泥量為1.5%，石子的含泥量為0.8%。

4）水：采用河水，各項指標外委檢測合格，符合要求[3]。

（2）優化砼配合比。配合比設計以60天齡期的抗壓強度作為標準，塌落度設計值為120mm～160mm，實測值為150mm，工作性良好[4]。具體配合比如表1所示。

（3）混凝土攪拌和運輸。

（4）模板工程。

（5）冷卻水管布。

（6）溫度監控點布。

（7）承臺澆筑和振搗。

（8）承臺大體積砼施工采取的控制措施。

1）混凝土溫控指標。溫度監控目標。溫度監控、監測目標是使大體積混凝土內部的溫度變幅按規范規定的降溫方向與速率發展，同時防止溫度裂縫的產生或把裂縫控制在最小范圍內。控制目標主要包括如以幾點：①強化降低內外溫差的重要性，并將溫差控制在規范允許范圍內，使水泥混凝土內溫度分布盡量均勻與失溫速度在受控范圍內。②要按規定速率降低混凝土核心部位最高溫度和最高升溫幅度。③嚴格控制上下、內外層溫差，以防止因此造成的層間收縮裂縫。④對基礎溫差也要控制，以防止水泥混凝土結構出現貫穿性不可逆型裂縫。⑤嚴格控制水泥混凝土內部降溫速率，避免出現冷擊現象。

水泥混凝土各部位溫度控制具體目標參照規范與設計要求執行。

監控目標的指導值：①水泥混凝土混合物入模溫度不得高于26℃。②水泥混凝土結構內部降溫速率宜控制在不大于2℃/d范圍內。③水泥混凝土內外部溫度差值控制控制在25℃以內。④進水口與出水口溫度差值宜控制在小于10℃以內。⑤水泥混凝土構件的內部最高溫度控制在小于75℃范圍內。⑥構件養護水溫與混凝土外表面溫度差值控制在小于15℃范圍內。

2）澆筑溫度的控制。降低出倉溫度對控制混凝土裂縫起到非常重要的作用。相同配合比的水泥混凝土，入模溫度較高的水泥混凝土溫升值要比入模溫度低的水泥混凝土大很多。同時水泥混凝土的出倉入模溫度應根據當天氣溫進行適時調整。在夏季炎熱不超過28℃，冬季低溫不低于5℃。在水泥混凝土拌制前，應測量水泥、砂、石、水等原材料的溫度，通過估算得出澆筑時混凝土的溫度。若水泥混凝土澆筑溫度不在控制要求內，則應采取相應措施降低混凝土出倉溫度：①拌和用水宜采用地下水，當施工氣溫較高時，在拌和前半小時內抽取，隨抽隨用，或采取地下水加冰水措施降溫。②骨料堆高，底層取料、用水噴淋骨料降溫。③水泥使用前盡量延長存放期限，做到充分冷卻。④水泥混凝土升溫階段，為降低最高溫升，應對模板及混凝土表面進行緩慢冷卻，如灑水降溫、避免暴曬等。⑤當氣溫高于入倉溫度時，應加快運輸和水泥混凝土入倉速度，減少混凝土在運輸和澆筑過程中的溫度回升。混凝土輸送管外用草袋遮陽，并經常灑水。運輸車輛做好保溫防護措施。⑥要避免模板和新澆筑混凝土受陽光直射，入模前的模板與鋼筋溫度以及附近的局部氣溫不得超過40℃。

3）內表溫差控制。對于大體積水泥混凝土，由于水化熱會使水泥混凝土內部溫度持續升高，如果氣溫不是過低，在升溫和高溫階段應加強散熱，如模板灑水降溫、循環水降溫等。當混凝土處于降溫階段則要保溫覆蓋以降低降溫速率。

當施工氣溫急劇下降或氣溫低于5℃時，采用塑料薄膜、棉被等施養護。濕養護的同時，還要控制水泥混凝土的溫度變化。根據季節不同采取不同的保溫和散熱措施，以保證水泥混凝土內表溫差及氣溫與混凝土表面的溫差在控制范圍內。

4）澆筑防裂控制。在水泥混凝土硬化過程中由于水泥混凝土硬化期間水化過程釋放的水化熱和澆筑溫度所產生的溫度變化和水泥混凝土收縮的共同作用，容易產生溫度應力和收縮應力，最終導致結構出現裂縫。在水泥混凝土澆筑過程中主要采取以下方法來預防承臺出現裂縫：①盡量減少水泥用量，增加外加劑、摻合料用量，以控制水化熱。②為降低混凝土內部溫度，混凝土澆筑時間一般選在下午或晚上。③混凝土澆筑完成以后，及時對側模板進行灑水降溫，當混凝土終凝后及時對承臺表面進行養護。④在承臺側面、表面按照設計要求設置D6帶肋鋼筋網片，網孔尺寸為10cm×10cm。

（9）承臺養護。水泥混凝土振搗完畢，應及時采取保濕保溫措施對混凝土進行養護。當新澆混凝土具有暴露面時，先將暴露面混凝土抹平，再用麻布將暴露面覆蓋，其上部采用棉被覆蓋保溫養護14天以上。混凝土采用帶模養護方式養護，同時保證模板接縫處混凝土不失水干燥。

當水泥混凝土強度滿足拆模要求，且內部混凝土與表層混凝土之間的溫差、表層混凝土與環境之間的溫差均不大于20℃時，方可拆模。拆模后，迅速采用塑料布或帆布對混凝土進行后期養護。

混凝土養護期間，應對有代表性的結構按方案要求進行溫度監控，定時測定混凝土內部溫度、表層溫度以及環境氣溫、相對濕度、風速等參數，并根據水泥混凝土溫度和環境參數的變化情況及時調整養護措施，嚴格控制水泥混凝土的內外溫差滿足規范與設計要求。

本工程承臺養護以“外部保溫保濕，內部降溫”結合“蓄水保溫”為原則。混凝土澆筑開始時即開始對冷卻水管通冷水，直至通水半個月。水泥混凝土澆注完成后，應對混凝土裸露面及時進行修整、抹平，待初凝后及時二次抹面收光。砼初凝后，覆蓋土工布灑水養護。對于日平均溫度低于5℃的天氣，拆模后立即對承臺包裹塑料薄膜并加蓋棉被保溫，防止混凝土內外溫差過大引起承臺出現溫度裂縫。養生期不少于14天，養生用水采用冷卻水管內的流出水，通過專人及時、不間斷灑水，每天灑水的次數以能保持混凝土表面經常處于濕潤狀態為度，避免砼表面出現干濕循環。側面以內部循環冷卻水為集蓄后浸水養護，養護水與內部冷卻水循環使用，在環境溫度低于5℃時不再對混凝土表面進行灑水。

（10）施工注意事項。在拆模后及時對結構物進行灑水或滴漏養護，達到既保濕又防止污染的目的。混凝土的拆模灑水養護時間一般不小于7天，可根據空氣的濕度及周圍環境情況適當增加或縮短；當氣溫小于5℃時，應采取蓄熱養護。

混凝土坍落度可根據現場氣溫適當控制，一般情況下，混凝土在入模后，應保持在5cm～7cm，泵送混凝土可保持在12cm～14cm。

如表2所示，根據構件外表度、內部、空氣等部位14天溫度監測結果，未出現內部溫度大于75℃，內表溫差大于25℃，混凝土表面與大氣溫差大于20℃等情況。日降溫速率基本控制在2℃/d，且養護過程中做到了降溫水管進口與出口溫差在10℃以下，循環水溫與混凝土內部溫度差較好地控制在15℃以內，構件外圍養護水溫度與混凝土表面溫度差控制在10℃以內，構件溫度控制圓滿成功[5]。

表2 溫度監控結果

4.結論

通過對建筑材料的優選、配合比與施工工藝的優化，施工設計圖紙的針對性調整，循環水降溫措施與蓄水保溫養護技術的使用，養護技術的精心實施，混凝土各部位溫度的有效監控，脫模后的大體積混凝土未出現裂縫現象，構件總體質量優良。表明通過技術優化與精心控制，各類大體積混凝土構件質量可以得到較好保證，大體積混凝土裂縫通病可以得到較好的預防。