对大体积混凝土施工控制的探讨

朱鹏宇

（淮阴工学院，江苏 淮安 223001）

对大体积混凝土施工控制的探讨

朱鹏宇

（淮阴工学院，江苏 淮安 223001）

建筑工程大体积混凝土裂缝产生原因比较复杂，其中温度裂缝的产生不是由单一的因素造成的，主要受内部水化热和外界环境温度的变化影响。本文主要研究大体积混凝土温度裂缝的产生的原因，提出控制原材料，优化配合比设计，合理施工监控的措施，同时加强施工监测，确保大体积混凝土施工质量。

大体积混凝土 温度裂缝 施工质量

1. 工程概况

某大厦为25层框剪结构,设有3层地下室,结构平面呈矩形,外周长为220 米,内周长为120 米,板厚2.3 米,混凝土强度等级C40 ,混凝土一次浇注量3000m3,抗渗等级S8 , 主楼基础底板混凝土总方量约6000 m3,属大体积混凝土。

2. 体积混凝土温度裂缝产生的原因分析

大体积混凝土裂缝是因为混凝土的温度变形受到约束而产生温度应力，当这种温度应力大于混凝土自身抗拉强度时而产生的。

混凝土温度应力的大小取决于水泥、水化热、拌合浇筑温度、大气温度、收缩变形及当量温度等因素，同时它与混凝土的降温散热条件和混凝土升降温速密切相关的，而混凝土抗拉强度的提高与混凝土材料性能有关。此外还跟施工方案及配筋等因素有关。影响大体积混凝土的主要因素分析如下：

2.1 入模温度

混凝土的入模温度也称浇筑温度，它是混凝土水化热温升的基础，可以预见，混凝土的入模温度越高，它的热峰值也必然越高。工程上在高温季节浇筑大体积常采用骨料预冷，加冰拌和等措施来降低浇筑温度，控制混凝土最高温升，原因在此。

2.2 水泥品种与水泥用量

混凝土温度上升根源在于水泥水化热。不同品种水泥的最终水化热是不同的，每立方米混凝土的水泥用量多少也使混凝土的总发热量不一样。这两个因素最终反映在混凝土绝热温升曲线θ和m值大小上。大小对混凝土热峰值有显著影响，因此，工程中尽量采用低热水泥，另外m不仅影响热峰值大小，还影响热峰值m出现时间，m减小相当于水泥水化热速率越慢，从而要达到最高温升的时间就越长。在此期间内混凝土对外散热得多，最高温度值就越小了。

2.3 环境温度

不同季节里浇筑混凝土，环境温度是不同的。环境温度变化对混凝土底板内热峰值影响不大，但对混凝土内外温差影响为显著。环境温度越低，混凝土表面温度也越低，这样，加剧了内外温差，因此寒潮来临时，进行浇筑是不利的。

2.4 混凝土的导热性能

热量在混凝土内传递的能力反映在其导热性能上。混凝土的导热系数越大，热量传递率就越大，则混凝土与外界热交换的效率也越高，从而使混凝土内最高温升降低。同时也减小了混凝土的内外温差。可以预计，导热性能越好，熟峰值出现的时间也相应提前。中部最高温度的热峰及热峰出现的时间与板厚密切有关。显见，板越厚，中部点散热较少，热峰值也越高，中部受外界温降影响所需时间就越长，峰值出现的时间也要晚一些。

2.5 大体积混凝土与几何尺寸的影响

大体积混凝土底板的长度对裂缝也影响，底板越长，越容易产生裂缝，这是因为温度应力与浇筑块长度有关。

2.6 施工方案的影响

分块、分层浇捣方法可以减少温度收缩应力和控制裂缝的开展。但是这会给施工带来众多不便，但难以保证施工质量，延长了施工工期。

2.7 大体积混凝土收缩变形对混凝土裂缝的影响

混凝土中含有大量空隙，粗孔和毛细孔，这些孔隙中存在着水分，水分的活动对混凝土的性质影响很大。“温胀干缩”的性质对裂缝控制极为重要。

混凝土中的水分有化学结合水、物理一化学结合水和物理力学结合水，其中80%的水分需要蒸发，只有20%的水分是水泥硬化所必须的。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩(干缩)，这种收缩变形不受约束条件的限制。若有约束即可引起混凝土的开裂，并随龄期的增加而发展。

影响混凝土收缩的因素很多，主要是水泥品种和混合材，混凝土的配合组分，化学外加剂及施工工艺养护条件。新型混凝土和特种混凝土的发展和研究逐渐认识到，如果说有意识在控制混凝土的自生体积变形、补偿混凝土的收缩变形，有可能大大在改善混凝土的抗裂性。

2.8 配筋对大体积混凝土裂缝的影响

钢筋的线膨胀系数与混凝土的膨胀系数相差很小。因此在温差变化时，在钢筋与混凝土之间只发生很小的应力。

混凝土材料结构是非匀质的，承受拉力作用时，截面中各质点受力是不均匀的，有大量不规则的应力集中点，这些点由于应力首先达到抗拉强度极限，引起局部塑性变形，如无钢筋继续受力，使在应力集中处出现裂缝。如进行适当配筋，钢筋将约束混凝土的塑性变形，从而分担混凝土的应力，推迟混凝土裂缝的出现，亦即提高了混凝土的极限拉伸。

3. 体积混凝土温度裂缝控制措施

针对该工程的实际情况, 施工中采用了以下多种措施控制温度裂缝的发展。

3.1 材料选择及质量要求

3.1.1 水泥

由于基础底板厚2.3m, 水泥在水化过程产生大量的热量,聚集在结构内部不易散失, 使混凝土内部的温度升高。为此, 在施工中应选用水化热较低的水泥并尽量降低单位水泥用量(每减少10kg 水泥, 温度降低1℃)。

3.1.2 粗细骨料

粗骨料选用5mm～40mm 单粒级卵石。它比5mm～25mm 石子, 每立方米混凝土可减少用水量15kg 左右, 在相同水灰比情况下, 水泥可减少30kg 左右。细骨料采用中粗砂, 其细度模数为218, 它比采用细砂, 每立方米混凝土减少用水量20kg 左右,水泥相应减少28kg～35kg, 从而降低混凝土的干缩。

3.1.3 混合料及外加剂

混凝土中掺入水泥重量0.25%左右的缓凝型减水剂—木质素磺酸钙, 一方面可明显延缓水化热释放的速度, 推迟水化热峰值的出现； 同时又减少10%拌和用水, 节约10%左右的水泥,从而降低水化热。混凝土中掺入适量粉煤灰, 不仅改善混凝土的工作度, 减少混凝土的用水量, 减少泌水和离析现象, 而且可代替部分水泥,减少水化热。掺入适量UEA 膨胀剂, 有效地补偿混凝土干缩, 并在一定程度上补偿冷缩, 改变混凝土分子结构组织, 增加密实性, 提高抗渗能力。

3.2 混凝土配合比的制定

根据选用的材料, 通过试验室试配确定了混凝土配合比,采用塔吊运输, 混凝土坍落度控制在3cm～5cm; C40PS8 混凝土配合比(kg/ m3)为水泥:黄砂:石子:水=330∶771∶1087∶173；掺合料(kg/ m3)∶UEA 膨胀剂33kg, 粉煤灰44kg, 木钙0.66kg； 水灰比0.48, 砂率40%。

3.3 混凝土的浇筑及养护

混凝土浇筑采用斜面一次浇筑, 分层厚度为43cm 左右, 在斜面下层混凝土未初凝时(初凝时间为3h 左右)进行上层混凝土浇筑, 在不同部位用3 台振动棒分上、中、下3 个层次, 采用循环推进, 一次到顶的办法, 以消除冷凝, 增强混凝土的密实性, 保证防水质量。

3.3.1 泌水处理

大体积混凝土浇筑、振捣过程中,容易产生泌水现象,泌水现象严重时,可能影响相应部分的混凝土强度指标。一般情况下上涌的泌水和浮浆会顺着混凝土浇筑坡面下流到坑底。为此在施工中根据施工流水,大部分泌水可排到集水坑和电梯井坑内,然后用潜水泵抽排掉,局部少量泌水采用海绵吸除。

3.3.2 表面防裂施工技术要点

大体积泵送混凝土经振捣后表面水泥浆较厚,容易引起表面裂缝,首先,要在振捣最上一层混凝土时,控制振捣时间,注意避免表层产生太厚的浮浆层;在浇捣后,必须及时用2 m长括尺,将多余浮浆层刮除,按施工员测设的标高控制点,将混凝土表面括拍平整。有凹坑的部位必须用混凝土填平,在混凝土收浆接近初凝时,混凝土面进行二次抹光,用木蟹全面仔细打抹两遍,既要确保混凝土的平整度,又要把其初期表面的收缩脱水细缝闭合,在混凝土收浆凝固施工期间,除了具体施工人员外,不得在未干硬的混凝土面上随意行走,收浆工作完成的面必须同步及时覆盖表面养护保护层。

3.3.3 混凝土养护

混凝土在浇筑完毕后的12 h以内,加盖覆盖并洒水保湿养护,养护覆盖采用一层薄膜加一层保温被的方式,现场另备1层塑料薄膜、1层草包以做保温保湿备用材料。要求薄膜的搭接不得小于150 mm,保温被的搭接不小于100mm。墙柱插筋之间狭小空间必须特别注意保温措施,可用条形薄膜加以覆盖后,再加盖保温被,确保墙柱插筋薄弱环节处的保温工作。

同时采用内散外蓄的综合养护法进行混凝土的养护，蓄水高度为100mm。在混凝土内部设置两排Φ50mm 冷却循环钢管(图1)，呈梅花形交错lm布置，养护过程中对进出水管水温进行测定，温差控制在10℃以内，管中水流速控制为0.6m / s。

图 1 冷却循环钢管

3.4 加强混凝土的温度监测工作

温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要环节，也是防止温度裂缝的关键。而在引起裂缝产生的诸多因素中，混凝土水化热和外界气温造成的构件内部温度应力是一个很主要的因素，为了控制裂缝的产生，这不仅要在混凝土成型之后，对混凝土的内部温度进行监测，而且应在一开始，就对原材料、混凝土拌和，入模和浇筑温度进行系统的实测。为施工组织者在施工过程中及时准确采取温控对策提供科学依据，实现情报化施工。

4. 体积混凝土温差监测

在施工前,在板中按平面图要求布置好测温管并设置测温点及时测量,根据各龄期混凝土内部的中心温度计算值,混凝土浇捣后3d内每隔2 h测温一次,以后每隔4～6 h测温一次, 12 d以后每天测温一次,根据测量结果控制水管开关,必要时启用增压泵,提高水流速度,确保混凝土中内外温差小于25 ℃。采取定点下料,对称振捣的措施防止混凝土将钢筋推离设计位置。

测温用红外测温仪测读,为能精确体现混凝土内部温度,测温管上口必须用棉包塞严,测完温度继续塞好棉包。布置36 个测温管。测温管平面间距大致以底板对角均分布置,竖向间距约为850 mm,顶、底两个测温点距底板、顶板面各200 mm。混凝土中测温孔采用导热良好的Φ48 ×3.5钢管制作。此外大气中布设4个测温点,以比较混凝土表面温度与大气温度之差。中止测温记录后,采用高强度等级无收缩防水砂浆注浆封闭测温管。测温点节点图见图2。

图2 测温点节点布置图

5 小结

本工程通过一系列的技术措施,经过温度检测,温度均控制在混凝土内外温差小于25 ℃范围之内,并总结一下几点经验：

（1)大体积混凝土的施工其最高温度出现在浇筑完后的3～5d，降温速率比较平衡，在混凝土没有初凝前采用塑料薄膜既可保温又可保湿。

(2) 延长混凝土初凝时间有利于现场的浇筑作业，同时能够延迟混凝土的水化热反应，有利于温差控制。

(3)利用测温技术进行信息化施工，可以全面地了解混凝土在强度发展过程内部温度场的分布状况，可以指导现场的保温养护工作，为大体积混凝土温度的预测和控制措施提供依据。

(4)蓄水与冷却水管降温的综合养护法可通过调整蓄水的深度， 进出循环水的温差来控制混凝土中心和表面温度的温差， 蓄水养护可以为混凝土内的膨胀剂提供充足的水源， 充分发挥其膨胀性能， 抵消部分因温差应力、水化反应的收缩应力，防止裂缝产生；冷却循环水管可降低混凝土温升值，且能够缩短养护周期，保证工程质量的同时能够取得良好的经济效果。

[1] 吴威威.大体积混凝土施工技术及其应用[J].江西建材，2013.

[2] 李俊杰.大体积混凝土施工控制措施[J].施工技术,2013.

TU75

B

1007-6344（2015）12-0267-02