對(duì)大體積混凝土施工控制的探討

朱鵬宇

（淮陰工學(xué)院，江蘇 淮安 223001）

對(duì)大體積混凝土施工控制的探討

朱鵬宇

（淮陰工學(xué)院，江蘇 淮安 223001）

建筑工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因比較復(fù)雜，其中溫度裂縫的產(chǎn)生不是由單一的因素造成的，主要受內(nèi)部水化熱和外界環(huán)境溫度的變化影響。本文主要研究大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生的原因，提出控制原材料，優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，合理施工監(jiān)控的措施，同時(shí)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，確保大體積混凝土施工質(zhì)量。

大體積混凝土 溫度裂縫 施工質(zhì)量

1. 工程概況

某大廈為25層框剪結(jié)構(gòu),設(shè)有3層地下室,結(jié)構(gòu)平面呈矩形,外周長(zhǎng)為220 米,內(nèi)周長(zhǎng)為120 米,板厚2.3 米,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40 ,混凝土一次澆注量3000m3,抗?jié)B等級(jí)S8 , 主樓基礎(chǔ)底板混凝土總方量約6000 m3,屬大體積混凝土。

2. 體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因分析

大體積混凝土裂縫是因?yàn)榛炷恋臏囟茸冃问艿郊s束而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)這種溫度應(yīng)力大于混凝土自身抗拉強(qiáng)度時(shí)而產(chǎn)生的。

混凝土溫度應(yīng)力的大小取決于水泥、水化熱、拌合澆筑溫度、大氣溫度、收縮變形及當(dāng)量溫度等因素，同時(shí)它與混凝土的降溫散熱條件和混凝土升降溫速密切相關(guān)的，而混凝土抗拉強(qiáng)度的提高與混凝土材料性能有關(guān)。此外還跟施工方案及配筋等因素有關(guān)。影響大體積混凝土的主要因素分析如下：

2.1 入模溫度

混凝土的入模溫度也稱澆筑溫度，它是混凝土水化熱溫升的基礎(chǔ)，可以預(yù)見(jiàn)，混凝土的入模溫度越高，它的熱峰值也必然越高。工程上在高溫季節(jié)澆筑大體積常采用骨料預(yù)冷，加冰拌和等措施來(lái)降低澆筑溫度，控制混凝土最高溫升，原因在此。

2.2 水泥品種與水泥用量

混凝土溫度上升根源在于水泥水化熱。不同品種水泥的最終水化熱是不同的，每立方米混凝土的水泥用量多少也使混凝土的總發(fā)熱量不一樣。這兩個(gè)因素最終反映在混凝土絕熱溫升曲線θ和m值大小上。大小對(duì)混凝土熱峰值有顯著影響，因此，工程中盡量采用低熱水泥，另外m不僅影響熱峰值大小，還影響熱峰值m出現(xiàn)時(shí)間，m減小相當(dāng)于水泥水化熱速率越慢，從而要達(dá)到最高溫升的時(shí)間就越長(zhǎng)。在此期間內(nèi)混凝土對(duì)外散熱得多，最高溫度值就越小了。

2.3 環(huán)境溫度

不同季節(jié)里澆筑混凝土，環(huán)境溫度是不同的。環(huán)境溫度變化對(duì)混凝土底板內(nèi)熱峰值影響不大，但對(duì)混凝土內(nèi)外溫差影響為顯著。環(huán)境溫度越低，混凝土表面溫度也越低，這樣，加劇了內(nèi)外溫差，因此寒潮來(lái)臨時(shí)，進(jìn)行澆筑是不利的。

2.4 混凝土的導(dǎo)熱性能

熱量在混凝土內(nèi)傳遞的能力反映在其導(dǎo)熱性能上?；炷恋膶?dǎo)熱系數(shù)越大，熱量傳遞率就越大，則混凝土與外界熱交換的效率也越高，從而使混凝土內(nèi)最高溫升降低。同時(shí)也減小了混凝土的內(nèi)外溫差?？梢灶A(yù)計(jì)，導(dǎo)熱性能越好，熟峰值出現(xiàn)的時(shí)間也相應(yīng)提前。中部最高溫度的熱峰及熱峰出現(xiàn)的時(shí)間與板厚密切有關(guān)。顯見(jiàn)，板越厚，中部點(diǎn)散熱較少，熱峰值也越高，中部受外界溫降影響所需時(shí)間就越長(zhǎng)，峰值出現(xiàn)的時(shí)間也要晚一些。

2.5 大體積混凝土與幾何尺寸的影響

大體積混凝土底板的長(zhǎng)度對(duì)裂縫也影響，底板越長(zhǎng)，越容易產(chǎn)生裂縫，這是因?yàn)闇囟葢?yīng)力與澆筑塊長(zhǎng)度有關(guān)。

2.6 施工方案的影響

分塊、分層澆搗方法可以減少溫度收縮應(yīng)力和控制裂縫的開展。但是這會(huì)給施工帶來(lái)眾多不便，但難以保證施工質(zhì)量，延長(zhǎng)了施工工期。

2.7 大體積混凝土收縮變形對(duì)混凝土裂縫的影響

混凝土中含有大量空隙，粗孔和毛細(xì)孔，這些孔隙中存在著水分，水分的活動(dòng)對(duì)混凝土的性質(zhì)影響很大?！皽孛浉煽s”的性質(zhì)對(duì)裂縫控制極為重要。

混凝土中的水分有化學(xué)結(jié)合水、物理一化學(xué)結(jié)合水和物理力學(xué)結(jié)合水，其中80%的水分需要蒸發(fā)，只有20%的水分是水泥硬化所必須的。多余水分的蒸發(fā)會(huì)引起混凝土體積的收縮(干縮)，這種收縮變形不受約束條件的限制。若有約束即可引起混凝土的開裂，并隨齡期的增加而發(fā)展。

影響混凝土收縮的因素很多，主要是水泥品種和混合材，混凝土的配合組分，化學(xué)外加劑及施工工藝養(yǎng)護(hù)條件。新型混凝土和特種混凝土的發(fā)展和研究逐漸認(rèn)識(shí)到，如果說(shuō)有意識(shí)在控制混凝土的自生體積變形、補(bǔ)償混凝土的收縮變形，有可能大大在改善混凝土的抗裂性。

2.8 配筋對(duì)大體積混凝土裂縫的影響

鋼筋的線膨脹系數(shù)與混凝土的膨脹系數(shù)相差很小。因此在溫差變化時(shí)，在鋼筋與混凝土之間只發(fā)生很小的應(yīng)力。

混凝土材料結(jié)構(gòu)是非勻質(zhì)的，承受拉力作用時(shí)，截面中各質(zhì)點(diǎn)受力是不均勻的，有大量不規(guī)則的應(yīng)力集中點(diǎn)，這些點(diǎn)由于應(yīng)力首先達(dá)到抗拉強(qiáng)度極限，引起局部塑性變形，如無(wú)鋼筋繼續(xù)受力，使在應(yīng)力集中處出現(xiàn)裂縫。如進(jìn)行適當(dāng)配筋，鋼筋將約束混凝土的塑性變形，從而分擔(dān)混凝土的應(yīng)力，推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)，亦即提高了混凝土的極限拉伸。

3. 體積混凝土溫度裂縫控制措施

針對(duì)該工程的實(shí)際情況, 施工中采用了以下多種措施控制溫度裂縫的發(fā)展。

3.1 材料選擇及質(zhì)量要求

3.1.1 水泥

由于基礎(chǔ)底板厚2.3m, 水泥在水化過(guò)程產(chǎn)生大量的熱量,聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失, 使混凝土內(nèi)部的溫度升高。為此, 在施工中應(yīng)選用水化熱較低的水泥并盡量降低單位水泥用量(每減少10kg 水泥, 溫度降低1℃)。

3.1.2 粗細(xì)骨料

粗骨料選用5mm～40mm 單粒級(jí)卵石。它比5mm～25mm 石子, 每立方米混凝土可減少用水量15kg 左右, 在相同水灰比情況下, 水泥可減少30kg 左右。細(xì)骨料采用中粗砂, 其細(xì)度模數(shù)為218, 它比采用細(xì)砂, 每立方米混凝土減少用水量20kg 左右,水泥相應(yīng)減少28kg～35kg, 從而降低混凝土的干縮。

3.1.3 混合料及外加劑

混凝土中摻入水泥重量0.25%左右的緩凝型減水劑—木質(zhì)素磺酸鈣, 一方面可明顯延緩水化熱釋放的速度, 推遲水化熱峰值的出現(xiàn)； 同時(shí)又減少10%拌和用水, 節(jié)約10%左右的水泥,從而降低水化熱。混凝土中摻入適量粉煤灰, 不僅改善混凝土的工作度, 減少混凝土的用水量, 減少泌水和離析現(xiàn)象, 而且可代替部分水泥,減少水化熱。摻入適量UEA 膨脹劑, 有效地補(bǔ)償混凝土干縮, 并在一定程度上補(bǔ)償冷縮, 改變混凝土分子結(jié)構(gòu)組織, 增加密實(shí)性, 提高抗?jié)B能力。

3.2 混凝土配合比的制定

根據(jù)選用的材料, 通過(guò)試驗(yàn)室試配確定了混凝土配合比,采用塔吊運(yùn)輸, 混凝土坍落度控制在3cm～5cm; C40PS8 混凝土配合比(kg/ m3)為水泥:黃砂:石子:水=330∶771∶1087∶173；摻合料(kg/ m3)∶UEA 膨脹劑33kg, 粉煤灰44kg, 木鈣0.66kg； 水灰比0.48, 砂率40%。

3.3 混凝土的澆筑及養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑采用斜面一次澆筑, 分層厚度為43cm 左右, 在斜面下層混凝土未初凝時(shí)(初凝時(shí)間為3h 左右)進(jìn)行上層混凝土澆筑, 在不同部位用3 臺(tái)振動(dòng)棒分上、中、下3 個(gè)層次, 采用循環(huán)推進(jìn), 一次到頂?shù)霓k法, 以消除冷凝, 增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性, 保證防水質(zhì)量。

3.3.1 泌水處理

大體積混凝土澆筑、振搗過(guò)程中,容易產(chǎn)生泌水現(xiàn)象,泌水現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí),可能影響相應(yīng)部分的混凝土強(qiáng)度指標(biāo)。一般情況下上涌的泌水和浮漿會(huì)順著混凝土澆筑坡面下流到坑底。為此在施工中根據(jù)施工流水,大部分泌水可排到集水坑和電梯井坑內(nèi),然后用潛水泵抽排掉,局部少量泌水采用海綿吸除。

3.3.2 表面防裂施工技術(shù)要點(diǎn)

大體積泵送混凝土經(jīng)振搗后表面水泥漿較厚,容易引起表面裂縫,首先,要在振搗最上一層混凝土?xí)r,控制振搗時(shí)間,注意避免表層產(chǎn)生太厚的浮漿層;在澆搗后,必須及時(shí)用2 m長(zhǎng)括尺,將多余浮漿層刮除,按施工員測(cè)設(shè)的標(biāo)高控制點(diǎn),將混凝土表面括拍平整。有凹坑的部位必須用混凝土填平,在混凝土收漿接近初凝時(shí),混凝土面進(jìn)行二次抹光,用木蟹全面仔細(xì)打抹兩遍,既要確保混凝土的平整度,又要把其初期表面的收縮脫水細(xì)縫閉合,在混凝土收漿凝固施工期間,除了具體施工人員外,不得在未干硬的混凝土面上隨意行走,收漿工作完成的面必須同步及時(shí)覆蓋表面養(yǎng)護(hù)保護(hù)層。

3.3.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土在澆筑完畢后的12 h以內(nèi),加蓋覆蓋并灑水保濕養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)覆蓋采用一層薄膜加一層保溫被的方式,現(xiàn)場(chǎng)另備1層塑料薄膜、1層草包以做保溫保濕備用材料。要求薄膜的搭接不得小于150 mm,保溫被的搭接不小于100mm。墻柱插筋之間狹小空間必須特別注意保溫措施,可用條形薄膜加以覆蓋后,再加蓋保溫被,確保墻柱插筋薄弱環(huán)節(jié)處的保溫工作。

同時(shí)采用內(nèi)散外蓄的綜合養(yǎng)護(hù)法進(jìn)行混凝土的養(yǎng)護(hù)，蓄水高度為100mm。在混凝土內(nèi)部設(shè)置兩排Φ50mm 冷卻循環(huán)鋼管(圖1)，呈梅花形交錯(cuò)lm布置，養(yǎng)護(hù)過(guò)程中對(duì)進(jìn)出水管水溫進(jìn)行測(cè)定，溫差控制在10℃以內(nèi)，管中水流速控制為0.6m / s。

圖 1 冷卻循環(huán)鋼管

3.4 加強(qiáng)混凝土的溫度監(jiān)測(cè)工作

溫度控制是大體積混凝土施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是防止溫度裂縫的關(guān)鍵。而在引起裂縫產(chǎn)生的諸多因素中，混凝土水化熱和外界氣溫造成的構(gòu)件內(nèi)部溫度應(yīng)力是一個(gè)很主要的因素，為了控制裂縫的產(chǎn)生，這不僅要在混凝土成型之后，對(duì)混凝土的內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且應(yīng)在一開始，就對(duì)原材料、混凝土拌和，入模和澆筑溫度進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)測(cè)。為施工組織者在施工過(guò)程中及時(shí)準(zhǔn)確采取溫控對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)情報(bào)化施工。

4. 體積混凝土溫差監(jiān)測(cè)

在施工前,在板中按平面圖要求布置好測(cè)溫管并設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)及時(shí)測(cè)量,根據(jù)各齡期混凝土內(nèi)部的中心溫度計(jì)算值,混凝土澆搗后3d內(nèi)每隔2 h測(cè)溫一次,以后每隔4～6 h測(cè)溫一次, 12 d以后每天測(cè)溫一次,根據(jù)測(cè)量結(jié)果控制水管開關(guān),必要時(shí)啟用增壓泵,提高水流速度,確?；炷林袃?nèi)外溫差小于25 ℃。采取定點(diǎn)下料,對(duì)稱振搗的措施防止混凝土將鋼筋推離設(shè)計(jì)位置。

測(cè)溫用紅外測(cè)溫儀測(cè)讀,為能精確體現(xiàn)混凝土內(nèi)部溫度,測(cè)溫管上口必須用棉包塞嚴(yán),測(cè)完溫度繼續(xù)塞好棉包。布置36 個(gè)測(cè)溫管。測(cè)溫管平面間距大致以底板對(duì)角均分布置,豎向間距約為850 mm,頂、底兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)距底板、頂板面各200 mm?；炷林袦y(cè)溫孔采用導(dǎo)熱良好的Φ48 ×3.5鋼管制作。此外大氣中布設(shè)4個(gè)測(cè)溫點(diǎn),以比較混凝土表面溫度與大氣溫度之差。中止測(cè)溫記錄后,采用高強(qiáng)度等級(jí)無(wú)收縮防水砂漿注漿封閉測(cè)溫管。測(cè)溫點(diǎn)節(jié)點(diǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 測(cè)溫點(diǎn)節(jié)點(diǎn)布置圖

5 小結(jié)

本工程通過(guò)一系列的技術(shù)措施,經(jīng)過(guò)溫度檢測(cè),溫度均控制在混凝土內(nèi)外溫差小于25 ℃范圍之內(nèi),并總結(jié)一下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

（1)大體積混凝土的施工其最高溫度出現(xiàn)在澆筑完后的3～5d，降溫速率比較平衡，在混凝土沒(méi)有初凝前采用塑料薄膜既可保溫又可保濕。

(2) 延長(zhǎng)混凝土初凝時(shí)間有利于現(xiàn)場(chǎng)的澆筑作業(yè)，同時(shí)能夠延遲混凝土的水化熱反應(yīng)，有利于溫差控制。

(3)利用測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行信息化施工，可以全面地了解混凝土在強(qiáng)度發(fā)展過(guò)程內(nèi)部溫度場(chǎng)的分布狀況，可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的保溫養(yǎng)護(hù)工作，為大體積混凝土溫度的預(yù)測(cè)和控制措施提供依據(jù)。

(4)蓄水與冷卻水管降溫的綜合養(yǎng)護(hù)法可通過(guò)調(diào)整蓄水的深度， 進(jìn)出循環(huán)水的溫差來(lái)控制混凝土中心和表面溫度的溫差， 蓄水養(yǎng)護(hù)可以為混凝土內(nèi)的膨脹劑提供充足的水源， 充分發(fā)揮其膨脹性能， 抵消部分因溫差應(yīng)力、水化反應(yīng)的收縮應(yīng)力，防止裂縫產(chǎn)生；冷卻循環(huán)水管可降低混凝土溫升值，且能夠縮短養(yǎng)護(hù)周期，保證工程質(zhì)量的同時(shí)能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。

[1] 吳威威.大體積混凝土施工技術(shù)及其應(yīng)用[J].江西建材，2013.

[2] 李俊杰.大體積混凝土施工控制措施[J].施工技術(shù),2013.

TU75

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1007-6344（2015）12-0267-02