大體積混凝土施工技術(shù)研究

孫 紅 瑞

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

大體積混凝土施工技術(shù)研究

孫 紅 瑞

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

結(jié)合具體工程實(shí)例，從混凝土的配制、澆筑、溫度控制及混凝土養(yǎng)護(hù)各施工環(huán)節(jié)入手，闡述了大體積混凝土施工中質(zhì)量通病的產(chǎn)生原因，并提出了具體的解決措施，以保證大體積混凝土的施工質(zhì)量。

大體積混凝土，溫度裂縫，溫度控制

某大型綜合建筑工程中，主樓基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，筏板面積約1 400 m2，筏板厚度為1.5 m，混凝土強(qiáng)度等級為C40(60 d強(qiáng)度)，混凝土總量為2 100 m3，屬于大體積混凝土工程。為保證其施工質(zhì)量，混凝土施工前對大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行分析，并提出確保施工質(zhì)量的控制措施。

1 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因分析

大體積混凝土澆筑后的初期，內(nèi)部混凝土由于水泥水化作用產(chǎn)生放熱反應(yīng)而溫度升高，且不易散熱，但外部混凝土雖然也同樣產(chǎn)生放熱反應(yīng)，由于容易散熱，溫度較低，故產(chǎn)生內(nèi)外溫差。尤其是當(dāng)氣溫驟然下降時(shí)，內(nèi)外溫差更大。此時(shí)由于內(nèi)部混凝土產(chǎn)生膨脹，外部混凝土則產(chǎn)生收縮，互相約束，使混凝土產(chǎn)生強(qiáng)迫變形而引起溫度應(yīng)力。當(dāng)外部混凝土所產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就發(fā)生表面裂縫。另一方面，內(nèi)部混凝土逐漸散熱降溫而收縮時(shí)，如受到地基基礎(chǔ)的約束，也將產(chǎn)生強(qiáng)迫變形，同樣會使底部混凝土發(fā)生垂直方向的內(nèi)部裂縫。

1.1 水泥水化熱的影響

水泥水化過程中會釋放大量的熱量，在混凝土內(nèi)部不斷疊加，從而使混凝土內(nèi)部溫度不斷升高，而混凝土表面與外界接觸傳熱，溫度較低，這樣混凝土內(nèi)外就會形成較大的溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，而表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，對大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象會更加嚴(yán)重。

1.2 外界氣溫變化對混凝土產(chǎn)生的影響

大體積混凝土施工期間，外界氣溫的變化極易引起大體積混凝土產(chǎn)生裂縫，混凝土澆筑完后，外界溫度的下降會增加混凝土的內(nèi)外溫度梯度，內(nèi)外溫差過大會造成很大的溫度應(yīng)力，極易引發(fā)混凝土的開裂。另外，外界濕度的降低會加速混凝土表面的干縮，也會導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

1.3 混凝土自身的收縮

混凝土拌制過程中使用了大量的水，其中極少部分水分是水泥水化所必須的，大部分水分在之后都要蒸發(fā)掉，混凝土中多余水分的蒸發(fā)是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。這種收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，就會產(chǎn)生收縮應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。

2 原材料選用及配合比設(shè)計(jì)

在大體積混凝土施工準(zhǔn)備過程中，混凝土原材料的選擇和配合比的確定十分重要，合理的選擇可有效地降低混凝土澆筑塊體因水泥水化熱引起的升溫，達(dá)到降低溫度應(yīng)力和防止混凝土開裂的作用。在混凝土制備前，應(yīng)按照國家現(xiàn)行的GB 50496-2009大體積混凝土施工規(guī)范，JGJ 55普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范中的有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，提前做好混凝土的試配。

2.1 水泥的選用及用量的確定

應(yīng)選用中、低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，施工時(shí)所用水泥其3 d的水化熱不宜大于240 kJ/kg，7 d的水化熱不宜大于270 kJ/kg；當(dāng)有抗?jié)B指標(biāo)要求時(shí)，水泥的鋁酸三鈣含量不宜大于8%；并且質(zhì)量符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 175通用硅酸鹽水泥的有關(guān)規(guī)定。

減少水泥用量對水化熱的降低具有重要作用，混凝土按照為60 d抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試配，通過幾十組試配，最終來確定水泥用量。

根據(jù)混凝土施工擬采取的防裂措施和現(xiàn)有的施工條件，先計(jì)算混凝土的水泥水化熱絕熱最高溫差值，然后估算可能產(chǎn)生的最大溫度收縮應(yīng)力，如不超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，表示所擬定的防裂措施能有效控制和預(yù)防裂縫的出現(xiàn)；若超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，則可采取調(diào)整入模溫度、降低水化熱的溫升值、降低內(nèi)外溫差、改進(jìn)施工工藝、改善約束條件等措施重新計(jì)算，直至計(jì)算的應(yīng)力值在允許范圍為止。

2.2 粗、細(xì)骨料

砂宜選用中粗砂，含泥量不應(yīng)大于3%；碎石應(yīng)級配良好，粒徑為5 mm～40 mm，含泥量不大于1%。混凝土配合比應(yīng)由試驗(yàn)室試配確定。

2.3 外加劑

大體積混凝土中常用到的外加劑有：緩凝劑，可減緩水泥水化放熱速率，使混凝土內(nèi)部升溫降低，可以有效避免溫度裂縫的產(chǎn)生；減水劑，在水灰比基本不變的情況下，可大幅度減少水泥的用量，降低水泥產(chǎn)生的水化熱，而且能使混凝土的和易性有明顯改善；引氣劑，可在混凝土中產(chǎn)生一些微小的氣泡，有效減小骨料間的阻力，使得混凝土的和易性有所改善，且可提高混凝土抗凍性，對混凝土的強(qiáng)度沒有不利的影響。

所用外加劑的質(zhì)量及應(yīng)用技術(shù)，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 8076混凝土外加劑，GB 50119混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范和有關(guān)環(huán)境保護(hù)的規(guī)定，且外加劑的品種、摻量應(yīng)根據(jù)工程所用膠凝材料經(jīng)試驗(yàn)確定。

3 混凝土澆筑施工工藝

3.1 混凝土的拌制與運(yùn)輸

混凝土在攪拌站內(nèi)集中攪拌，當(dāng)氣溫較高時(shí)，對骨料采取遮陽降溫的措施；混凝土拌合物的運(yùn)輸采用混凝土攪拌運(yùn)輸車，運(yùn)輸車進(jìn)行防風(fēng)、防曬、防雨處理，運(yùn)輸過程中攪拌罐保持3 r/min～6 r/min的慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證混凝土在運(yùn)輸過程中不發(fā)生離析、嚴(yán)重泌水現(xiàn)象。

3.2 混凝土澆筑施工

為保證混凝土澆筑質(zhì)量，澆筑采用“一個(gè)坡度、層層澆筑、一次到頂”的方針。根據(jù)混凝土泵送時(shí)形成的坡度，在上層與下層布置兩道振搗點(diǎn)。第一道布置在混凝土卸料點(diǎn)，主要解決上部振實(shí)；第二道布置在混凝土坡角處，確保下部混凝土的密實(shí)。先振搗料口處混凝土，以形成自然流淌坡度，然后全面振搗。為提高混凝土的極限拉伸強(qiáng)度，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)裂縫，減少內(nèi)部微裂，提高混凝土密實(shí)度，還采取二次振搗法。在振搗棒拔出時(shí)混凝土仍能自行閉合而不會在混凝土中留孔洞，這時(shí)是施加二次振搗的合適時(shí)機(jī)。由于泵送混凝土表面水泥較厚，在澆筑2 h～6 h后，先用長刮尺按標(biāo)高刮平，然后用木抹反復(fù)搓壓數(shù)遍，使其表面密實(shí)，在初凝前用鐵板壓光。既能較好地控制混凝土表面龜裂，又能減少混凝土表面水分散發(fā)。

3.3 泌水處理

大體積混凝土澆筑、振搗過程中，容易產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。上涌的泌水和浮漿會順著混凝土澆筑坡面流至坡底。施工中，大部分泌水可排至集水坑內(nèi)，然后集中用潛水泵排除，局部少量泌水可采用海綿吸濕處理。

3.4 混凝土表面防裂施工技術(shù)要點(diǎn)

在振搗最上面一層混凝土?xí)r，要控制振搗時(shí)間在20 s～30 s之間，并注意避免表層產(chǎn)生太厚的浮漿層；在澆搗完成后，需及時(shí)用長刮尺將多余浮漿刮除，按測量員測設(shè)的標(biāo)高控制點(diǎn)，將混凝土表面刮拍平整。有凹坑的部位需用混凝土填平，在混凝土接近初凝時(shí)對混凝土面進(jìn)行二次抹光，并全面仔細(xì)打抹兩遍，既要確?；炷恋钠秸?，又要將其表面的收縮脫水細(xì)縫閉合，在混凝土收漿凝固期間，除了相關(guān)施工人員以外，其他人員不得在未干硬的混凝土面上隨意行走，收漿工作完成后必須及時(shí)將其覆蓋進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

4 混凝土養(yǎng)護(hù)

通過計(jì)算混凝土內(nèi)部最高溫度，相比外界溫度，混凝土內(nèi)部溫度已超出25 ℃，因此混凝土澆筑完成后，應(yīng)采取有效的保溫措施，以減少混凝土表面熱量的散失，延長散熱時(shí)間，降低混凝土表面的溫度梯度，防止表面裂縫的產(chǎn)生。

具體措施：混凝土達(dá)到初凝時(shí)間進(jìn)行二次抹面壓實(shí)，應(yīng)立即覆蓋塑料薄膜，養(yǎng)護(hù)覆蓋采用一層薄膜加一層保溫被的方式，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d，混凝土表面溫度與內(nèi)部溫差小于25 ℃，且混凝土表面溫度與大氣溫差小于20 ℃方可停止保溫。

在保溫養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)加強(qiáng)施工現(xiàn)場安全防火管理，嚴(yán)禁煙火，且嚴(yán)禁隨意掀開保溫板，確保保溫措施起到有效作用。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差超過溫控指標(biāo)時(shí)，應(yīng)及時(shí)加蓋備用棉被。

5 混凝土測溫

5.1 測溫點(diǎn)的布置

本工程共設(shè)溫度監(jiān)測點(diǎn)30個(gè)，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)沿混凝土厚度方向設(shè)5個(gè)測溫點(diǎn)，測溫點(diǎn)沿澆筑的高度，在混凝土中按照測溫點(diǎn)位置豎向共埋設(shè)5根導(dǎo)線(每處)，然后安裝測溫導(dǎo)線上的探頭，用電工用的相色帶綁牢，5個(gè)探頭的安裝高度分別為：基礎(chǔ)底面以上50 mm處，基礎(chǔ)底面以上400 mm處，混凝土中心處，基礎(chǔ)頂面以下400 mm處，基礎(chǔ)頂面以下50 mm處。

5.2 測溫工具的選擇

測溫采用建筑電子測溫儀配合預(yù)埋測溫導(dǎo)線進(jìn)行測溫。承臺混凝土澆筑時(shí)應(yīng)設(shè)專人配合預(yù)埋測溫線。每組測溫線(即不同長度的測溫線)在線的末端用電工用的相色帶做標(biāo)記，便于區(qū)分深度。測溫線應(yīng)按測溫平面布置圖進(jìn)行預(yù)埋，預(yù)埋時(shí)測溫線與鋼筋綁扎牢固，以免位移或損壞。測溫線用塑料袋罩好，綁扎牢固，不準(zhǔn)將測溫端頭受潮。測溫線位置用保護(hù)木框作為標(biāo)志，便于保溫后查找。混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于50 ℃，在測溫過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土表面與內(nèi)部溫差超過25 ℃、降溫速率高于2 ℃/d或混凝土澆筑體表面與大氣溫差大于20 ℃時(shí)，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)保溫材料或延緩拆除保溫材料，以防止混凝土產(chǎn)生溫差應(yīng)力和裂縫。

實(shí)測數(shù)據(jù)表明：混凝土內(nèi)部的最高溫度出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第3天，混凝土內(nèi)部與表面之間溫差最大值為16 ℃，混凝土表面與外界之間溫差最大值為17 ℃，均控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)，有效控制了大體積混凝土的溫差梯度。

6 結(jié)語

實(shí)踐證明, 在大體積混凝土的施工中,應(yīng)在減小約束應(yīng)力、減小混凝土內(nèi)外溫差、優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)、改善施工工藝、提高施工質(zhì)量、做好溫度監(jiān)測工作及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等方面采取有效技術(shù)措施,才能有效保證大體積混凝土施工質(zhì)量。在實(shí)際施工中，應(yīng)積極做到防控結(jié)合，以預(yù)防為主的原則，確?；炷潦┕べ|(zhì)量。

Study on massive concrete construction technology

SUN Hong-rui

(Shanxi 4th Construction Group Co., Ltd, Taiyuan 030012, China)

Combining with specific engineering, the paper describe massive concrete construction quality diseases occurring causes from aspects of concrete prefabrication, grouting, temperature control and maintenance, and puts forward detailed solutions, with a view to guarantee massive concrete construction quality.

massive concrete, temperature cracks, temperature control

1009-6825(2014)36-0102-03

2014-10-17

孫紅瑞(1978- )，男，工程師

TU755

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