大体积混凝土施工技术初探李琳

李琳

[摘要]本文通过对大体积混凝土特点的论述，分析大体积混凝土裂缝的成因，结合实践经验，进而提出有效控制裂缝的措施。

[关键词]大体积混凝土定义特点原因危害控制

随着我国基础设施和城市建设的加快发展，各种建筑物的规模越来越大，大体积混凝土的应用己经愈来愈广泛，如何保证大体积混凝土的施工质量也愈加重要。本文就大体积混凝土的特点、裂逢产生的原因及采取的措施进行论述。

1、大体积混凝土的定义及特点

1．1大体积混凝土的定义

大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1m以上的混凝土结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。

大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同，但其实质的区别是由于混凝土中水泥水化要产生热量，大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。因此判断是否属于大体积混凝土既要考虑厚度这一因素，又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素，比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别，一般来说，当其差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度，不会造成混凝土的开裂，当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度，造成混凝土的开裂，此时就可判定该混凝土属大体积混凝土。

高层建筑的箱形基础或片筏基础都有厚度较大的钢筋混凝土底板，高层建筑的桩基础则常有厚大的承台，这些基础底板和桩基承台均属大体积钢筋混凝土结构。还有较常见的一些厚大结构转换层楼板和大梁也属大体积钢筋混凝土结构。

1．2大体积混凝土的特点

结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂（一般都是地下现浇钢筋混凝土结构），施工技术要求高，水泥水化热较大（预计超过25度），易使结构物产生温度变形。大体积混凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大，约束作用所产生的温度力也愈大，如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝。

2、大体积混凝土裂逢产生原因及危害

2．1裂逢产生原因

大体积混凝土产生裂缝的原因很多，包括混凝土自身的因素、环境的因素、人为的因素等。混凝土自身的因素包括水泥水化放热后混凝土降温过程中产生的温度裂缝、水泥浆硬化时体积收缩所产生的硬化收缩、混凝土干燥时产生的干缩等；环境的因素包括外界的约束、外界温度升降使混凝土膨胀或收缩；人为的因素包括设计的不合理、混凝土配合比不当、材料质量不合格、施工质量差等。在这些因素中，比较普遍且影响较大的有：

（1）水泥水化热

水泥在水化过程中要产生大量的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，使混凝土内部的温度升高。混凝土内部的最高温度，大多发生在浇筑后的3～5d，当混凝土的内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成比，温差越大，温度应力也越大。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。这就是大体积混凝土容易产生裂缝的主要原因。

（2）约束条件

大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于混凝土的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使混凝土与地基连接不牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会出现垂直裂缝。

（3）外界气温变化

大体积混凝土在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土的开裂有重大影响。混凝土内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和混凝土的散热温度三者的叠加。外界温度越高，混凝土的浇筑温度也越高。外界温度下降，尤其是骤降，大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积混凝土出现裂缝。因此控制混凝土表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。

（4）混凝土的收缩变形

混凝土的拌合水中，只有约20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸发。混凝土中多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。

2．2大体积混凝土产生裂缝的危害

大体积混凝土结构多为坝体、地下连续墙、筏板、箱型基础等，一旦出现裂缝，主要问题之一就是结构的渗漏问题。结构的修补堵漏，不但处理困难、花费巨大，而且侵蚀性介质非常容易进入混凝士内部，使钢筋锈蚀，混凝土碳化，造成混凝土的强度降低，降低了结构的使用功能，进而影响混凝土的耐久性。

3、大体积混凝土产生裂缝的控制

为达到防止大体积混凝土开裂的目的，宜采取以保温保湿养护为主体，抗放兼施为主导的大体积混凝土温控措施。由于水化热引起混凝土浇筑体内部温度剧烈变化，使混凝土浇筑体早期塑化性收缩和混凝土硬化过程中的收缩增大，使混凝土浇筑体内部的温度收缩应力剧烈变化，而导致混凝土浇筑体或构件发生裂缝。因此，应在大体积混凝土工程设计、设计构造要求、混凝土强度等级选择、混凝土后期强度利用、混凝土材料选择、配比的设计、制备、运输、施工，混凝土的保温保湿养护以及在混凝土浇筑硬化过程中浇筑体内温度及温度应力的监测和应急预案的制定等技术环节，采取一系列的技术措施。

3．1合理选择混凝土材料

3．1．1合理选择水泥

大体积混凝土施工所用水泥其3天的水化热不宜大于240kl/kg，7天的水化热不宜大于270kl/kg。混凝土主要考虑抗裂性能好，兼顾低热和高强两方面的要求。水泥水化放热是混凝土升温的内热源，选用水化热低的水泥，也就降低了水化放热，从而达到降低混凝土的绝热升温的目的。优先采用水化热低的矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥。水泥应有出厂合格证及进场试验报告。

3.1.2适当掺用混合材料

实验资料表明，在混凝土内可以掺入一定数量的粉煤灰。由于粉煤灰具有一定活性，不但可以代替部分水泥，而且能改善混凝土的粘塑性，改善混凝土的可泵性，降低混凝土的水化热。掺加粉煤灰后可改善混凝土的后期强度，但是其早期抗拉强度及早期极限拉伸值均有少量降低。因此在工程中常在混凝土中掺加粉煤灰做外掺料。

3.1.3合理掺用外加剂

混凝土外加剂包括减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂、膨胀剂等多种类型。减水剂是最常用、最重要的外加剂，它具有减水和增塑作用，在保持混凝土坍落度及强度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥、降低绝热温升。引气剂的作用是在混凝土中产生大量微小气泡以提高混凝土的抗冻融耐久性。膨胀剂可以使混凝土在硬化过程中产生体积膨胀，部分或全部补偿混凝土在硬化过程中所产生冷缩和干缩，在内外约束条件下以及配筋足够时产生一定的内压应力，这种内压应力与冷缩或干缩产生的拉应力相抵消，以使内压应力与抗拉强度的总值等于或大于因温差收缩产生的拉力，因此，膨胀对温差的补偿效应。实质上就是膨胀应力对温差收缩产生拉应力的补偿。利用这种温差补偿效应，取得了防渗抗裂的效果，减少或避免了混凝土的开裂。外加剂其掺量应根据施工需要通过试验确定，质量及应用技术应符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB8076、《混凝土外加及应用技术》GB50119等和有关环境保护的规定。

3．2合理选择混凝土配合比

大体积混凝土配合比的设计应符合工程设计所规定的强度等级，耐久性、抗渗性、体积稳定性等要求外，也应符合大体积混凝土施工工艺特性的要求，并应符合合理使用材料、减少水泥用量、降低混凝土绝热温升值的要求。在确定混凝土配合比时，应根据混凝土的绝热温升、温控施工方案的要求等，提出混凝土制备时粗细骨料和拌合用水及入模温度控制的技术措施。如降低拌合水温度（拌合水中加冰屑或用地下水）；骨料用水冲洗降温，避免暴晒等。

3．3合理选择浇筑施工方案

根据结构物的大小、钢筋的疏密程度、混凝土供应条件等具体情况，混凝土浇筑可采用全面分层浇筑和分段分层浇筑及斜面分层浇筑三种。

(1)全面分层浇筑：在第一层全面浇筑完毕后，开始浇筑第二层时，已施工的第一层混凝土还未初凝，如此逐层进行，直至浇筑完成。这种方案适用于结构的平面尺寸不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。

(2)分段分层浇筑：适用于厚度不大而面积或长度较大的工程，施工时混凝土先从底层开始浇筑，进行至一定距离后再浇筑到第二层，如此依次向前浇筑其他各层。采用分层分段进行时，每段浇筑高度应根据结构特点，钢筋疏密程度决定，一般分层高度为振捣器作用半径的1.25倍，最大不得超过500mm。混凝土浇筑时，严格掌握控制下灰厚度、混凝土振捣时间，浇筑分为若干单元，每个浇筑单元间隔时间不超过3小时。

(3)斜面分层浇筑：适用于结构的长度超过厚度的三倍的浇筑层，振捣工作从浇筑层的下端开始，逐渐上移，此时向前推进的浇筑混凝土摊铺坡度应小于1:3，以保证分层混凝土之间的施工质量。混凝土浇筑采用“分段定点，循序推进、一个坡度、一次到顶”的方法——自然流淌形成斜坡混凝土的浇筑方法，能较好地适应泵送工艺，提高泵送效率，简化混凝土的泌水处理，保证了上下层混凝土不超过初凝时间，一次连续完成。当混凝土大坡面的坡角接近端部模板时，改变混凝土的浇筑方向，即从顶端往回浇筑。

混凝土应连续浇筑，特殊情况下如需间歇，其间歇时间应尽量缩短，并应在前一层混凝土凝固以前将下一层混凝土浇筑完毕。间歇的最长时间，按水泥的品种及混凝土的凝固条件而定，一般超过2小时就应按“施工缝”处理。即混凝土的强度不小于1.2Mpa，才能浇筑下层混凝土；在继续浇混凝土之前，应将界面处的混凝土表面凿毛，剔除浮动石子，并用清水冲洗干净后，再浇一遍高标号水泥砂浆，然后继续浇筑混凝土且振捣密实，使新老混凝土紧密结合。

3．4振捣工艺

每浇筑一层混凝土都应及时均匀振捣，保证混凝土的密实性。混凝土振捣采用赶浆法，以保证上下层混凝土接茬部位结合良好，防止漏振，确保混凝土密实。振捣上一层时应插入下层约50毫米，以消除两层之间的接槎。平板振动器移动的间距，应能保证振动器的平板覆盖范围，以振实振动部位的周边。在混凝土初凝之前，适当的时间内给与两次振捣，可以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，以减小内部微裂，增加混凝土密实度，从而可使混凝土抗压强度提高，从而提高抗裂性。两次振捣时间间隔宜控制在2小时左右。

3．5加强对大体积混凝土的养护和监测

混凝土在浇筑的初期，强度低、抵抗变形能力小，如果遇到不利的外界条件，其表面容易发生有害的冷缩和干缩裂缝。保温的目的是减小混凝土表面与内部温差及表面混凝土温度梯度，防止表面裂缝的发生。保温层兼有保湿的作用，如果用湿砂层，湿锯末层或积水保湿效果尤为突出，保湿可以提高混凝土的表面抗裂能力。

大体积混凝土养护采用保湿法和保温法。保湿法，即在混凝土浇筑成型后，用蓄水、洒水或喷水养生；保温法是在混凝土成型后，覆盖塑料薄膜和保温材料养护或采用薄膜养生液养护。混凝土浇筑后，应及时进行养护，混凝土表面压平后，先在混凝土表面洒水，再覆盖保温材料，夜间保温材料要覆盖严密，防止混凝土暴露，中午气温较高时可以揭开保温材料适当散热。大体积混凝土保湿养护的持续时间不得少于14天，应经常检查塑料薄膜或养护剂涂层的完整情况，保持混凝土表面湿润。

在大体积混凝土保温养护过程中，应对混凝土浇筑块体的里外温差和降温速度进行监测，现场实测大体积混凝土施工中是一重要环节：根据现场实测结果可随时掌握与温控施工控制数据有关的数据(里外温差、最高温升及降温速度等)，可根据这些实测结果调整保温养护措施以满足温控指标的要求。

在混凝土结构内部有代表性的部位部置测温点，测温点布置应在边缘与中间，按十字交叉布置，间距为3-5m,沿浇筑高度应布置在底部中间和表面，测点距离底板四周边缘要大于1米。通过测温全面掌握混凝土养护期间其内部的温度分布状况及温度梯度变化情况，以便定量、定性地指导控制降温速率。

测温可以采用信息化预埋传感器先进测温方法，也可以采用埋设测温管、玻璃棒温度计测温方法。每日测量不少于4次（早晨、中午、傍晚、半夜）。

4．结语

大体积混凝土由于截面、水泥用量、内外温差、温度收缩应力大，很容易导致裂缝产生，严重影响建筑物的整体性、耐久性和防水抗掺性。因此，制定可行的大体积混凝土施工方案和在施工过程中采取有效的措施保证大体积混凝土的施工质量极为重要。

参考文献：

[1]《建筑工程管理与实务》第三版。北京：中国建筑工业出版社。2011

[2]QB-CNCNCJ010505-2004大体积混凝土施工工艺标准