大体积混凝土工程与施工技术

赵程程 王铁英 谷昆燚 刘兴旺（通讯作者） 河北农业大学

1 大体积混凝土用材与搭配

1.1 概述：

《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009里指出:结构尺寸超过1m，或由于混凝土中的材料发生水化反应而导致温度分布不均从而引发结构体产生裂缝，称之为大体积混凝土。

1.2 用料：

众所周知，水泥，细集料，粗集料，以及水是混凝土的基本组成物质。另外还掺加的外加剂，掺合料。其中细集料主要为天然砂以及机制砂等沙料，而粗集料则为石子等较大的添加物，不同的组分在混凝土中发挥着不同的作用:如石子，沙等在混凝土中主要起骨架的作用，因此，我们也可以称之为骨料。骨料还可以对混凝土的变形起稳定性作用。水泥和水则形成水泥浆，包裹在集料表面，从而起到一定的粘结以及润滑的作用，在施工过程以及后期混凝土强度上升起了至关重要的作用。

1.3 搭配：

混凝土中主要的部分是水泥，而对于大体积混凝土来说，常应用矿渣水泥以及粉煤灰水泥和普通硅酸盐水泥，而这些水泥都具有以下几个共同点，那就是它们的早期强度都比较低，但随着时间的不断推移强度上升的比较快，而其中最为主要的是这几种水泥的水化热以及干缩性较其他品种水泥好，这对于大体积混凝土来说非常重要。

其次，大体积混凝土的建造的细集料（沙）一般常用河沙或者山沙，山沙一般可以直接应用于大体积混凝土工程，特别是工程项目深处内陆，但因山沙中含泥量以及有机质等对于混凝土强度有害的物质比较多，当用于重要部件时必须进行坚固性测试以及碱活性试验（后文会介绍），相较于山沙，河沙因长期受到水流的冲刷作用，颗粒表面就变得比较圆滑，干净，因而应用较为广泛，特别是在大坝等大体积建筑物工程中。沙的级配还应满足以下条件:

其中A1，A2，A3，A4，A5分别代表不用直径筛孔的累积筛余率，Mx为沙料的细度模数。只有当沙料的细度模数Mx在3.0～2.3之间并且各筛孔的累积筛余率满足一下2区条件时才能应用于混凝土。

筛孔尺寸 分区 10.0mm 4.75mm 2.36mm 1.18mm 0.60mm 0.30mm 0.15mm 1区 0 10～0 35～5 65～35 85～71 95～80 100～90 2区 0 10～0 25～0 50～10 70～41 92～70 100～90 3区 0 10～0 15～0 25～0 40～16 85～55 100～90

最后，对于石子而言，一般直径不易设置的太大，直径过大在自重的作用下，石子分布于混凝土的底部，而此时混凝土也就失去了意义。一般对于非泵送的大尺寸结构物的工程，石子的最大直径不应超过40mm，对于泵送的混凝土而言最大直径应不超过25mm，对于水工建筑物等大体积混凝土而言，一般应用于内部浇筑的石子直径应不超过80mm，但由于搅拌，运输设备的限制，根据《水利混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）要求，当混凝土搅拌机的搅拌量为0.8～1m3时，最大粒径不应超过80mm，当搅拌机搅拌量大于1m3时，最大粒径不宜超过150mm。而当采用皮带运输混凝土时，最大粒径的不应大于80mm。

1.4 经济性

（1）对于一般工程项目而言，在考虑建筑物的安全性，合理性以及稳定性之余还应适当的考虑项目的经济性。在大体积混凝土工程中，可以适当增加粉煤灰的含量，借以替代水泥的使用。但由于水泥减少而导致混凝土流动性大大减少，在这个时候可以适量加入减水剂，从而以增强混凝土自身的流动能力。

（2）建造的过程中可以“就地取材”应用当地现有的材料建造。

2 在施工中应该注意的问题

2.1 冻融破坏

混凝土的冻融破坏是指混凝土处于含水量饱和的状态下，经受多次冻融而不破坏。混凝土之所以发生冻融破坏是由于混凝土结构中含有微量的水，而随着温度的不断变换，这部分水会发生结冰或者是融化。冰的体积要比相应水的体积略大，反复的膨胀可能会引起混凝土内部产生一些微小裂缝。多次作用下，裂缝不断增加，直至最终全部破坏。“千里之堤，毁于蚁穴”对于大体积混凝土，特别是大型水利工程中所建造的结构而言，这是十分危险的。

根据分析可得影响到混凝土整体抗冻能力的因素有:（1）结构内部的空隙特征。当内部空隙为连通孔时，比较容易发生冻融危害，而当内部空隙为封闭孔时，冻融破坏程度较低（2）水灰比或空隙率。水灰比比较大的情况下，受冻融破坏也就比较严重。（3）吸水饱和程度。当混凝土内部没达到吸水饱和时，空隙水结冰的过程中，冻胀所产生的压力迫使水分往未饱和部位移动，这也就意味着在一定程度上分散了混凝土本身所承受的力。

因此，要提到混凝土的抗冻融能力，可以从以下几个方面出发:（1）降低水灰比，从而提高混凝土密实程度。（2）加强施工养护，改良振捣方式，以减少空隙率。（3）加入掺气剂，改变空隙的分布形势。

3 大体积混凝土的养护

混凝土的性能在很大程度上受养护条件的影响。其中温度和湿度是决定强度发展的主要外部因素。过高或者是过低的温度均能影响混凝土强度的上升。根据实验证明:当养护温度超过40度时，虽然能在一定程度上提高混凝土早期强度，但28天以后试件的强度通常要比20度标准养护试件的强度低。而湿度即指空气的相对湿度。湿度低，混凝土内水分蒸发较快，致使混凝土的内部水化反应停止，强度停止增加。

当工程所需的大体积混凝土构件为室内预制构件时可以采用蒸汽养护或者是蒸压养护的方式。蒸汽养护是指将成型后的试件放在一定条件下的蒸汽中进行养护，借以促进混凝土的强度提高。

蒸压养护是指把混凝土试件放置在蒸压釜中进行养护，应用这种养护方式可以是混凝土的强度上升速度大大提升。

当工程项目处于我国南方等较为潮湿的地区时，环境空气湿度较大，建筑物内水分蒸发的速度比较慢，因而强度上升的速度也就相对较慢。对于水利工程而言建筑工期较长，应尽量使工程处于相对干燥的环境中，减少混凝土与水的直接接触。当工程项目处于我国北方等较为干燥并且寒冷的地方时，可以从以下几个方面入手加强养护:（1）从选材料的角度而言，可以选择水化热在一定程度上相对较大的水泥品种。（2）在建筑结构表面包裹塑料膜保湿，减少水分的蒸发。

4 结束语

伴随着经济技术的发展，现代城市以及各种设施的建设需要越来越先进的技术设备以及更加完善的技术管理。因此，研究土木工程中的大体积混凝土的施工技术与使用材料意义重大，其关系着整个建筑物的整体性能，甚至与人类的日常生活以及生命财产安全息息相关。在大体积混凝土的建设过程中应该特别注意混凝土的温度应力，碱骨料反应，以及冻融破坏等，否则一旦发生危险，可能会带来无法弥补的损失。

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