浅谈大体积混凝土施工的质量控制——以南水北调兴隆水利枢纽工程为例

李文芳　朱莉华

(湖北省汉江河道管理局， 湖北 潜江　433100)



浅谈大体积混凝土施工的质量控制
——以南水北调兴隆水利枢纽工程为例

李文芳朱莉华

(湖北省汉江河道管理局， 湖北 潜江433100)

【摘要】大体积混凝土的施工技术要求比较高，特别要防止混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度应力裂缝。因此需要从材料选择、技术措施等有关环节做好充分的准备工作，以保证大体积混凝土的施工质量。本文通过工程实例，探讨了大体积混凝土施工质量控制需要注意的问题,对大体积混凝土的施工质量控制与监督具有一定的指导意义。

【关键词】大体积混凝土 ；材料工程； 温度应力； 裂缝

1前言

在工程实践中，常遇到大体积混凝土(mass concrete)结构，如水电站枢纽底板浇筑、桥梁墩台、高层建筑底板、大型设备基础等。由于大体积混凝土具有结构体积大、承受荷载 大、水泥水化热大、内部受力相对复杂等结构特点，在施工上，结构整体性要求高，一般要求整体浇筑，不留施工缝。这些特点的存在，导致大体积混凝土施工中出现其特有的质量通病。本文以湖北省南水北调兴隆水利枢纽工程建设期间混凝土施工为例，阐述大体积混凝土施工质量控制应该把握的几个问题。

2大体积混凝土的定义

对于大体积混凝土的定义有不同的解释。日本建筑学会标准(JASS5)定义为：“结构断面尺寸在800mm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。”美国混凝土学会(ACI)规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。目前，国内对大体积混凝土的定义通常约定为一次浇筑量大于1000m3或混凝土最小断面尺寸大于1m以上的混凝土结构。

3兴隆枢纽工程大体积混凝土施工质量问题分析

3.1兴隆枢纽工程基本情况

南水北调兴隆水利枢纽位于汉江下游湖北省潜江、天门市境内，上距丹江口大坝378.3km,下距河口273.7km，是南水北调中线汉江中下游四项治理工程之一，同时也是汉江中下游水资源综合开发利用的一项重要工程。其主要开发任务是灌溉和航运，兼顾发电。兴隆水利枢纽由泄水闸、船闸、电站厂房、鱼道及两岸滩地过流段等组成。水库正常蓄水位36.20m，相应库容2.73亿m3，电站装机40MW，过船吨位1000t，规划灌溉面积327.6万亩。工程总投资30.5亿元。该工程于2009年2月26日正式动工，2013年3月水库下闸蓄水；4月船闸完成通航验收，恢复正常通航；5月第一台机组发电，12月全面完工。

3.2建设期间兴隆枢纽大体积混凝土施工出现的问题

泄水闸、船闸和电站是兴隆枢纽的主体工程。在三大主体工程基础处理的过程中，时值夏季，天气炎热，室外温度均超过30℃，浇筑后的底板混凝土时常出现裂缝问题，整改难度很大，严重影响施工进度。为此，在夏季施工如何控制底板大体积混凝土浇筑质量，成为困扰业主、监理和施工单位的主要问题。

从混凝土的本质结构来讲，大体积混凝土施工过程中,由于混凝土中水泥的水化作用，使混凝土内部温度快速升高,而大体积混凝土自身又具有一定的保温性能,因此其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多；但在混凝土升温峰值过后的降温过程中,内部降温速度又比其表面慢得多,这就使得混凝土各部分的温度变化不一致而容易产生温度变形。当温差一 般仅在表面处较大，离开表面就很快减弱时，裂缝只在接近混凝土表面的范围内发生，混凝土表面层以下结构仍保持完整，这时混凝土就可能产生表面裂缝；当混凝土表层产生的拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，便会在约束接触处产生裂缝，甚至会贯穿整个混凝土表面产生贯穿性裂缝。

结合当时兴隆枢纽工程混凝土施工现场调查和施工日志分析，从混凝土原材料选取及施工工艺与技术措施层面来看，大体积混凝土裂缝产生的主要原因可以概括为以下四个方面：

a.砂石骨料进场没有严格按照大石、中石、小石、砂分仓堆放；骨料堆放区遮盖不理想、部分场地未硬化，对骨料运输车辆管理不善等，致使骨料受到灰尘、泥水污染；部分骨料清洗不到位，含泥量较大，不符合规定要求。

b.施工单位没有严格按照规定的种类及标号采购水泥，有的是在经过配合比试验后，没有严格执行比例进行配比。

c.温控措施不力。大多数施工单位只考虑到了混凝土的出仓温度，却没有照顾到运输过程及入模后的温度控制。

d.养护技术措施不到位。施工单位一般都采用混凝土的自然养护方法，即带模包裹、浇水、喷淋洒水等措施进行保湿、潮湿养护，但对拆模后的养护工作大为疏忽，保湿养护没有达到规定的龄期。

4大体积混凝土施工质量控制

由于上述四个因素的存在，兴隆枢纽主体工程底板混凝土浇筑初期，部分混凝土出现了干燥收缩裂缝、温度裂缝和施工冷缝，并由此经历了必然的停工、修复、检测阶段，延误了 一定的工期。为有效解决混凝土裂缝问题，兴隆枢纽工程建设业主、设计、监理和施工单位组成联合技术攻关小组，对大体积混凝土施工质量控制进行研究和探讨。主要从以下四个方面进行把握。

4.1严把原材料控制关

a.粗骨料选择非碱活性骨料，粒径为5～30mm，并连续配级，含泥量不大于1%；细骨料选择中砂，细度模数大于2.3，含泥量不大于3%。

b.骨料堆放场要求硬化场地，并建遮阳棚，在遮阳棚下分仓储存，并防止产生灰尘、杂物及泥水污染。

c.水泥的水化热主要由水泥中含有的C3S、C3A与水反应产生，并受水灰比、水泥细度，养护温度的影响。因此，水泥宜选用中、低硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，进场时要对其水化热进行复检，7d值要求小于270kJ/kg。

d.由于混凝土的浇筑方式为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰。其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。采用外掺法，即不减少配合比中的水泥用量。按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量。

4.2混凝土配合比控制

a.要求混凝土搅拌站根据现场提出的技术要求，提前做好混凝土试配。

b.混凝土配合比应按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关技术要求进行设计。

4.3温度控制

a.骨料温度控制。粗骨料进搅拌站前1小时，对其进行地下水冲洗降温。同时，抽取地下水喷淋混凝土搅拌机、料斗、水泥存储仓、混凝土罐车等。

b.拌和温度控制。要求拌和站购置制冰机和冷水机组，将制成的冰片或冰屑直接加入拌和楼进行拌和，并输入冷却水，控制混凝土出机口温度，4、5月份控制在20℃以内，6、9月份控制在25℃以内，7、8月份控制在26℃以内。根据美国ACI305R标准，混凝土温度每降低1℃需将水泥温度降低8℃或降低水温4℃或降低骨料温度2℃。

混凝土出仓温度可由下式计算:

T=0.1Tc+0.6Ta+0.3Tw

式中T——混凝土温度；

Tc——水泥温度；

Ta——骨料温度；

Tw——水温度。

c.运输过程温度控制。对混凝土罐车进行包裹，在滚筒上安装喷淋头，喷淋冷却水，对运输过程中的混凝土进行降温。

d.施工过程温度控制。合理安排混凝土浇筑时间和施工顺序，利用早晚浇，正午不浇，避免高温作业产生过大热量；采用分层分段浇筑，避免混凝土堆积过高，产生过高的水化热。

e.加速混凝土散热。在基础内部埋设蛇形水管，形成降温管网，在混凝土浇筑后,根据实测温度数据，2～3h内通冷却水降温，以削减混凝土温升峰值及内外温差，使其内部温度达到设计要求的稳定温度。确认无需再通水冷却时，将其封堵。

f.做好温度监测。要配备专职测温人员，按两班考虑。测温记录要填写清楚、整洁，换班时要进行交底。测温工作应连续进行，测温时发现混凝土内部最高温度与外部温度之差达到25℃度或温度异常，应及时通知技术部门和项目技术负责人，以便及时采取措施。

4.4养护管理

混凝土浇筑后如不及时养护，易产生塑性收缩和早期干缩裂缝，特别是强度等级高的混凝土和高温、干燥气候条件下浇筑的平板结构混凝土，如不及时养护，极易出现早期收缩裂缝。在烈日暴晒和大风天气，混凝土浇筑后如不及时养护，有时混凝土表面较快硬结，形成一层皮，硬皮上的裂缝已经抹压不动，而下部混凝土还未达到初凝。防止新浇混凝土初凝前的塑性收缩裂缝，关键在于控制混凝土的表面蒸发水分的速度。因此，在高温环境施工时，抹面后立即覆盖养护。

混凝土养护时间视当地气候条件及水泥品种而定,一般养护从混凝土浇筑完毕6～18h开始,并持续21～28d。多采用洒水进行自然养护,还有塑膜包裹养护方法,使混凝土表面保持湿润,实现养护目的。

结合兴隆枢纽工程的施工特点，采用以下方法对混凝土进行养护：

a.若天气适宜，采用常规洒水养护的方法，即派专人负责，及时进行洒水养护。

b.若在工程环境炎热、气候干燥的条件下,需在混凝土脱模后便开始养护工作，且用土工布遮盖加洒水养护与无遮盖洒水养护要同时进行,养护时间21～28d，浇水次数根据气候情况和覆盖物的保湿能力决定,以保证混凝土足够的湿润,固定专人养护。在无风或风小的情况下可采用塑料膜覆盖养护方法,以不透水汽的塑料膜来保持混凝土中的水,满足混凝土强度增长的需求。在夏季或干燥气候情况下提前养护，并延长养护时间；大体积混凝土的水平施工缝养护到浇筑上层混凝土为止。

c.特殊部位，如进出口流道处等，在混凝土收面后，及时采用不透水塑料膜进行覆盖，以防止水分散失。

d.浇筑完成的竖直面混凝土，拆模后立即用土工布贴面覆盖，并洒水养护。

5结语

根据兴隆枢纽工程建设监理单位数据统计，兴隆枢纽主体工程大体积混凝土施工周浇筑强度达到了1.2m3，创造了主体工程 开工以来底板混凝土浇筑最大周强度。其中，泄水闸标段完成15个仓号，混凝土方量4345m3；船闸标段完成4个仓号，混凝土方量5101m3；电站闸标完成4个仓号，混凝土方量 3448m3。而且加上后期养护措施的及时和到位，新浇筑大体积混凝土的强度和表面质量均达到了优良标准，有效促进了工程施工进度，对后期大体积混凝土夏季施工提供了成功经验。

参考文献

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DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.017

中图分类号：TV544+.9

文献标志码：B

文章编号：1005-4774(2016)07- 0061- 04

A brief discussion of quality control of mass concrete construction:taking Xinglong Key Water-control Project in South-to-North Water Diversion as an example

LI Wenfang, ZHU Lihua

(HubeiHanJiangRiverChannelAdministration,Qianjiang433100,China)

Abstract：Higher technology is required in mass concrete construction, and the stress crack with the temperature difference caused by the cement hydration heat should be prevented in concrete construction in particular. Therefore, good preparations should be made in such links as material selection and technical measures to ensure the mass concrete construction in quality. Taking an example of a project case, this paper is intended to explore some issues on the quality control in mass concrete construction. This will be of guiding significance to a certain extent in quality control and supervision of mass concrete construction.

Key words：mass concrete; materials engineering; temperature stress; crack