建筑工程大體積混凝土澆筑技術(shù)研究

吳亞楠

（山西省安裝集團(tuán)股份有限公司，山西太原 030032）

1 建筑工程大體積混凝土的特點(diǎn)

建筑工程中大體積混凝土具有如下特點(diǎn)：①混凝土的結(jié)構(gòu)橫截面的長(zhǎng)寬高較大。②因水泥體積大，導(dǎo)致其在水化過(guò)程中需要釋放大量的熱量（即水化熱），再加之混凝土不易散熱，大量的水化熱會(huì)積聚在大體積混凝土內(nèi)部，致使中心部位的溫度過(guò)高。③大體積混凝土蠕變大，彈性模量大，其內(nèi)部溫度升高的主要原因之一來(lái)自壓應(yīng)力。若大體積混凝土內(nèi)部與外部之間的溫差較大（即溫度梯度陡峭），將使得大體積混凝土溫度應(yīng)力增大[1]。

2 常見的大體積混凝土澆筑方式

2.1 全面分層澆筑

混凝土是建筑工程中必不可少的材料之一，而混凝土的澆筑方法也有很多種。其中，全面劃分層次并且分層澆筑大體積混凝土是一種常見的澆筑方法。這種方法的關(guān)鍵在于分層澆筑。首先，需要將整個(gè)混凝土的體積劃分成多個(gè)層次，每一層都要均勻地澆筑，并且充分振搗，以保證每層充分融合。這樣可以避免混凝土中出現(xiàn)空鼓、裂縫等問(wèn)題，從而保證混凝土的質(zhì)量。其次，在全面澆筑第一層后，需要在初凝前澆筑第二層。這樣可以保證第一層的熱量能夠及時(shí)釋放出來(lái)，從而避免混凝土出現(xiàn)溫度差異而導(dǎo)致的性能下降。在具體的工程實(shí)踐中，可以根據(jù)工程實(shí)際情況確定具體的澆筑順序。例如，在需要加固地基的情況下，可以先澆筑地基層，然后再逐層向上澆筑。在需要加固某個(gè)局部的情況下，可以先澆筑局部層，然后再澆筑周圍層，以此逐步將局部加固[2]。

2.2 分段分層澆筑

分段分層澆筑是一種常用的混凝土澆筑方法，是指從底層開始分段澆筑混凝土后進(jìn)行第二層的澆筑，以保證有效澆筑各個(gè)層次。這種方法存在較多的層次結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)最底層混凝土初凝情況確定是否可以澆筑第二層混凝土。分段分層澆筑方法適合應(yīng)用于單位時(shí)間內(nèi)供應(yīng)量較少的建筑工程和一些構(gòu)筑物厚度不大但有著較大面積的工程中。一些高層建筑、橋梁等工程都采用了這種方法，以確保施工效率和澆筑效果。這種方法可以保證混凝土的均勻性和強(qiáng)度，同時(shí)也能減少混凝土的浪費(fèi)。采用分段分層澆筑方式施工效率較高且澆筑效果好，因?yàn)槊恳粚踊炷炼加凶銐虻臅r(shí)間進(jìn)行初凝和硬化，從而使混凝土的強(qiáng)度得到了保證。同時(shí)，這種方法可以使混凝土攪拌時(shí)間更加充分，使混凝土中的空氣和水分均勻分布，從而提高混凝土的品質(zhì)。

2.3 傾斜分層澆筑

混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑中常用的一種結(jié)構(gòu)形式，其密實(shí)性和承載能力是影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要因素。為了提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體密實(shí)性，傾斜分層澆筑方法應(yīng)運(yùn)而生。傾斜分層澆筑方法適用于長(zhǎng)度和厚度比例在3:1 以內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)。在澆筑過(guò)程中，施工坡度不得超過(guò)1/3，且施工順序應(yīng)從下到上進(jìn)行。振搗混凝土?xí)r，應(yīng)根據(jù)傾斜的條件進(jìn)行，落實(shí)分層澆筑振搗的原則和要求。合理排布振搗器，盡可能地保證傾斜分層澆筑能夠振搗充分、均勻。這種方法的目的是提高大體積混凝土結(jié)構(gòu)的整體密實(shí)性，從而增加混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。在施工過(guò)程中，還應(yīng)注意控制混凝土的水灰比、保證坍落度適宜、控制澆筑速度和溫度等因素，以確保混凝土的質(zhì)量。傾斜分層澆筑方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠充分發(fā)揮混凝土的自重作用，使混凝土在澆筑過(guò)程中自然流動(dòng)，從而達(dá)到充分振搗的效果。同時(shí)，該方法還能夠減少混凝土收縮和開裂的風(fēng)險(xiǎn)，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。

3 大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因

3.1 水泥水化熱引起裂縫

在大體積混凝土施工中，水泥水化熱現(xiàn)象依然是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)裂縫的主要原因之一。水泥在凝固過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)水化過(guò)程，根據(jù)中學(xué)物理及化學(xué)知識(shí)可知，水化反應(yīng)發(fā)生期間，會(huì)有大量熱量被釋放。大體積混凝土澆筑體體積更大，斷面厚度大，表面系數(shù)低，很難將熱量及時(shí)、有效地排出。其內(nèi)部的溫度會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸提高，當(dāng)其與外界自然環(huán)境的溫度差達(dá)到一定值時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致混凝土體內(nèi)外收縮均勻性失衡，進(jìn)而引發(fā)裂縫[3]。

3.2 施工階段裂縫成因及其控制

（1）溫度影響。施工階段，施工人員要控制好大體積混凝土各階段的溫度，澆筑模板時(shí)大體積混凝土溫度要保持在5～30℃，大體積混凝土溫度不得超過(guò)50℃；大體積混凝土澆筑構(gòu)件完全凝固前，大體積混凝土表面與中心的溫度差不得超過(guò)25℃；拆除大體積混凝土表面的保溫覆蓋膜，其內(nèi)外溫度差不得超過(guò)20℃。

（2）材料質(zhì)量影響。施工人員要嚴(yán)格控制骨料、水泥、摻和料及外加劑等材料的質(zhì)量，確保大體積混凝土配比合理。骨料一般選擇細(xì)骨料或非堿活性粗骨料，其中粗骨料要確保粒徑大小合理，從而減少大體積混凝土絕熱溫度的升高，保證含泥量達(dá)標(biāo)，從而確保大體積混凝土的性能。一般情況下，細(xì)骨料粒徑不超過(guò)4.25mm，同時(shí)盡量選擇粒徑為2.3～3mm 且含泥量在3%以內(nèi)的中砂，減少因水化熱造成的溫度裂縫。水泥的選擇首先要確保其性能，減少水化熱與凝結(jié)時(shí)間對(duì)大體積混凝土的影響，盡量選擇凝聚時(shí)間長(zhǎng)、性能強(qiáng)度佳且水化熱較低的水泥，常用的水泥材料多是硅酸鹽水泥。在大體積混凝土中摻入摻和料，主要目的是減少大體積混凝土材料中的水泥用量，因?yàn)樗嗔吭酱笃錅囟仍讲蝗菀卓刂啤胶土习；V渣粉及粉煤灰等，使用粒化礦渣粉能減少水化熱的產(chǎn)生；而當(dāng)前，在施工中多選擇在混凝土中添加10%～30%的粉煤灰，可以使混凝土隔熱溫度下降2～3℃，減少水化熱的產(chǎn)生[4]。所以在大體積混凝土中加入適量的摻和料，能避免大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。在大體積混凝土中摻入外加劑，主要目的是減少其他材料的用量，從而降低施工成本、減少水化熱的產(chǎn)生，大體積混凝土材料的選擇要根據(jù)膨脹劑、減水劑、泵送劑等進(jìn)行劃分，選擇外加劑要根據(jù)建筑工程需求選擇。

3.3 凝固期間收縮引起裂縫

若要確保混凝土澆筑體能夠正常凝固，則需確保水泥的硬化條件充分。因此混凝土中的水分約有20%需要用于水泥硬化，而非因蒸發(fā)而消散。大體積混凝土澆筑完成后的凝固期間，一旦蒸發(fā)的水占比超過(guò)80%，便會(huì)導(dǎo)致混凝土體積收縮，進(jìn)而引起裂縫。在實(shí)際施工中還發(fā)現(xiàn)，在混凝土收縮現(xiàn)象發(fā)生后，如發(fā)生滲水、施工現(xiàn)場(chǎng)突然遭遇強(qiáng)降雨等，使混凝土重新回到水飽和狀態(tài)，則混凝土體有可能產(chǎn)生膨脹，膨脹體積甚至達(dá)到澆筑剛剛完成后的體積大小。這種干燥、濕潤(rùn)交替出現(xiàn)，會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)外出現(xiàn)裂縫的概率進(jìn)一步增大。

4 房屋建筑工程大體積混凝土澆筑質(zhì)量控制措施

4.1 優(yōu)選原材料

混凝土原材料豐富多樣，主要包括水泥和粗骨料等，會(huì)對(duì)水化熱產(chǎn)生較大影響。所以，應(yīng)當(dāng)選用合適的混凝土原材料，同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)所的數(shù)據(jù)優(yōu)化混凝土原材料配比[5]。水泥品種及用量對(duì)比如表1 所示。例如，當(dāng)選擇混凝土所需使用的水泥時(shí)，應(yīng)選擇低熱水泥或者短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象而放熱的水泥，而且通過(guò)增大其他混凝土原材料配比而減少水泥用量，例如增加摻合料用量與骨料用量，需要保證骨料表面的平整、潔凈，粗骨料盡量采取連續(xù)級(jí)配。該工程采用粒徑為5～40mm、含泥量小于1%且針狀與片狀顆粒小于15%的卵石。所選用的細(xì)骨料粒徑需要大于0.5mm 且含泥量小于等于3%，該工程選用細(xì)砂，其含泥量小于等于2%，達(dá)到了篩分曲線要求。對(duì)于摻合料，應(yīng)選用粉煤灰等，不僅可以避免水泥用量過(guò)大而導(dǎo)致溫度快速提升，而且能夠增大混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其抗裂性等，由此增加結(jié)構(gòu)物使用時(shí)間，根據(jù)實(shí)際要求，該工程摻加了相應(yīng)比例的粉煤灰。

表1 水泥品種及用量對(duì)比

4.2 設(shè)計(jì)永久變形縫

為了避免不均勻地基沉降、溫度應(yīng)力、收縮變形及地震產(chǎn)生的拉扯力等對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，在建筑物施工前要將易變形的敏感部位予以斷開，并留出足夠的變形縫，從而確保建筑結(jié)構(gòu)各部分之間有適當(dāng)?shù)膶挾龋瑴p少變形對(duì)建筑物造成的破壞。例如，在地下室的施工中，大體積混凝土要采取永久變形縫設(shè)計(jì)，使整個(gè)地下室結(jié)構(gòu)在縫隙處完全斷開，尤其是要將裙房與高層完全斷開，以降低沉降對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)整體變形造成的影響。由于地下室是埋在地下的，所以變形縫的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是防水防潮，在實(shí)際施工中可將一般地下室變形縫設(shè)計(jì)成可卸式構(gòu)造或帶有止水帶的內(nèi)埋式構(gòu)造等。

4.3 科學(xué)調(diào)配混凝土

選擇粗骨料時(shí)，應(yīng)注意采用“連續(xù)級(jí)配”，選用的細(xì)骨料應(yīng)以中砂為主。緩凝劑、減水劑等外加劑的性能選擇和劑量控制應(yīng)該更加科學(xué)，最好使用粉煤灰、礦渣粉等作為摻合料。選擇水泥時(shí)，應(yīng)盡量選擇包括中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥在內(nèi)，具有“水化熱程度較低、凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)”等特點(diǎn)的“優(yōu)質(zhì)”水泥，以有效降低大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的概率。上文提到的幾種優(yōu)質(zhì)水泥實(shí)際上均可被視為“礦渣水泥”。這類水泥盡管具有低水化熱特性，但相較于普通水泥，其析水性更大。由此造成的結(jié)果：大體積混凝土的可能析出大量水分。析出的水分在大體積混凝土前后兩個(gè)澆筑層之間聚集，很可能會(huì)改變混凝土的水灰比。不僅如此，在“掏水”作業(yè)時(shí)，由于一些砂漿被帶走，故大體積混凝土澆筑體之間難免形成具有較多水的夾層，進(jìn)而降低混凝土澆筑體的整體黏結(jié)性。使用礦渣水泥時(shí)，混凝土的析水量（泌水量）與用水量之間會(huì)呈現(xiàn)出“正相關(guān)”的關(guān)系，而析水時(shí)間則與環(huán)境溫度之間呈現(xiàn)出“反相關(guān)”的關(guān)系。此外，水泥材料本身的成分、細(xì)度同樣會(huì)影響混凝土的析水性。施工管理人員在配制混凝土的過(guò)程中，若選擇礦渣水泥，則應(yīng)注重水泥的析水性。為了降低混凝土的用水量，在選用外加劑前，必須精確計(jì)算減水劑的劑量。在任何情況下，大體積混凝土的強(qiáng)度及坍落度參數(shù)都是首要控制對(duì)象。確保這兩項(xiàng)參數(shù)達(dá)到工程要求后，作業(yè)人員方可對(duì)摻合料以及骨料的占比進(jìn)行最優(yōu)調(diào)整。在確保大體積混凝土澆筑體質(zhì)量、安全的基礎(chǔ)上，要盡量降低水泥用量，從而使水化過(guò)程中產(chǎn)生的熱量得到有效控制。

4.4 制定合理的澆筑方案

首先，合理選取混凝土澆筑時(shí)間。其次，采取合適的混凝土澆筑方式。具體采取的澆筑方式應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程規(guī)模做出最佳選擇。為貫徹落實(shí)分層施工，應(yīng)當(dāng)以混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際厚度為依據(jù)，提前制訂合適的混凝土澆筑計(jì)劃，結(jié)合分層厚度從下到上進(jìn)行澆筑，有效控制上下層混凝土具體澆筑時(shí)間，下層混凝土初凝之前實(shí)施上層混凝土澆筑作業(yè)，防止冷縫病害發(fā)生，減小水化熱，盡量縮小混凝土內(nèi)外溫差。圖1 為混凝土溫度變化曲線。

圖1 混凝土溫度變化曲線

4.5 做好相關(guān)養(yǎng)護(hù)工作

蒸汽養(yǎng)護(hù)對(duì)保證混凝土表面溫度、濕度在合理范圍內(nèi)有較好的作用。所謂蒸汽養(yǎng)護(hù)，是指在蒸汽與空氣混合飽和環(huán)境下養(yǎng)護(hù)大體積混凝土構(gòu)件的措施，保證混凝土更好地硬化。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)要重點(diǎn)從時(shí)間、溫濕度等方面進(jìn)行控制，堅(jiān)持室內(nèi)外溫差不超過(guò)20%的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分段養(yǎng)護(hù)。自然養(yǎng)護(hù)是最常見的養(yǎng)護(hù)方法，通常平均溫度超過(guò)5℃時(shí)可選用常溫養(yǎng)護(hù)方法。養(yǎng)護(hù)人員在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中應(yīng)注意定期灑水，保證混凝土溫濕度達(dá)標(biāo)。自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間大約是14d，如果遇到雨雪等惡劣天氣，可采取遮蓋措施，避免混凝土結(jié)構(gòu)受到雨水侵蝕。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，大體積混凝土澆筑技術(shù)在建筑行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，該技術(shù)對(duì)提高建筑工程的建設(shè)質(zhì)量具有重要意義，但是，在施工過(guò)程中也容易受到溫度等因素的影響而出現(xiàn)裂縫等病害。為了確保大體積混凝土施工效果，工作人員應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，合理選擇施工原材料，嚴(yán)格控制澆筑過(guò)程，加大養(yǎng)護(hù)力度，合理選擇澆筑方式。通過(guò)一系列的優(yōu)化方法，有助于提高大體積混凝土施工技術(shù)水平，建設(shè)高品質(zhì)的建筑項(xiàng)目。