大体积混凝土施工论文

李**

摘要

结合工程实例，针对大体积混凝土的施工特点，主要从保证混凝土质量上进行探讨，从而确保大体积混凝土施工质量。

关键词

大体积混凝土、水化热、温度应力、温度裂缝、浇筑方案、温度监控。

工程背景材料

昆明新机场飞行区货运通道工程位于昆明东北方向官渡区境内，距昆明市约24km。本货运通道分为A、B两线。A线东起远期的东侧货运区，向西下穿远期的东次跑道及滑行道、爬坡至地面，与服务车道相接，本期建设的A线长度为880m，B线长度227.25m，本工程箱涵底板、顶板混凝土厚度为1.2m、1 m，一次性浇筑混凝土体积1.2m厚×24.5m宽×27m长＋导墙混凝土约879.3m3。凡厚度为1m及以上的顶板及底板按大体积混凝土考虑施工。大体积施工两条线路约6万方混凝土左右。混凝土主要强度等级为C40P8、C50P8，浇筑完毕后埋置于土层下。

内容

我国有的规范认为：大体积混凝土就是当边长大于20m、厚度大于1m、体积大于400m3，即称之为大体积混凝土。一般认为当变长尺寸大到必须采取措施，妥善处理所发生的温差，合理解决变形变化所引起的应力，力图控制裂缝开展到最小程度，这种混凝土称得上大体积混凝土。

我国《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204—1992第4.5.3条规定：现场浇筑的最小边长在1~3m且必须采取措施以避免水化热引起的温差超过25℃的混凝土称为大体积混凝土。

大体积混凝土结构的施工方法根据其型式而定，包括钢筋、模板和混凝土三部分。本文主要主要谈谈大体积混凝土施工中需要注意的问题。

大体积混凝土工程施工

大体积混凝土多具有数量巨大，对于这些大体积混凝土的浇筑，多采用商品混凝土，利用混凝土泵（泵车）进行浇筑。

混凝土泵型号的选择，主要根据单位时间需要的浇筑量及泵送距离。进行计算选用适合的型号。

混凝土泵或泵车的数量按下式计算，重要工程宜有备用泵。 

式中     N ― 混凝土泵（泵车）台数；

          Q ― 混凝土浇筑数量（m3/h ） ; 

           QA ― 混凝土泵（泵车）的实际平均输出量（m3/ h ） ; 

            t ― 施工作业时间（h ）。

供应大体积混凝土结构施工用的商品混凝土，采用混凝土搅拌运输车供应。混凝土泵不应间断，宜连续供应，以保证顺利泵送。混凝土搅拌运输车的台数按下式计算

式中 Ng ― 混凝土搅拌运输车台数；

Q’― 混凝土泵（泵车）单位时间计划泵送量（m3/h ） ; 

QB― 混凝土搅拌运输车的装载量（V ） ; 

L―混凝土搅拌运输车往返一次的行程（km ） ; 

v ― 混凝土搅拌运输车的平均车速（协11m / h ） ; 

T ― 往返一次内的因装料、卸料、冲洗、停歇等的总停歇时间（h ）。

混凝土泵（泵车）能否顺利泵送，在很大程度上取决于其在平面上的合理布置与保证施工现场道路的畅通。若利用泵车，则宜使其尽量靠近浇筑部位，以扩大布料杆的浇筑半径。混凝土泵（泵车）的受料斗周围宜有能够同时停放2 辆混凝土搅拌运输车的场地，这样可轮流向泵或泵车供料，使调换供料时不至于停歇，若场地受限时应充分考虑道路上可能出现的问题，如凹陷等，应经常对不良场地进行修复，以便混凝土的顺利浇筑。若商品混凝土工厂中的搅拌机、混凝土搅拌运输车和混凝土泵（泵车）相对固定，则可简化指挥调度，这样就能提高工作效率。

混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，振动器也相应跟上。

大流动性混凝土在浇筑和振捣过程中，上涌的泌水和浮浆顺混凝土坡面流到坑底，混凝土垫层在施工时已预先留有一定坡度，可使大部分泌水顺垫层坡度通过侧模底部预留孔排出坑外。少量来不及排除的泌水随着混凝土向前浇筑推进而被赶至基坑顶部，由模板顶部的预留孔排出。

由于混凝土量太大，一次性浇筑侧压力很大，因此，应该适度根据现场条件及当时的天气条件，适当调整混凝土层数，但是混凝土的暴露面不宜过大，以免造成来不及打后一层混凝土造成冷缝影响工程质量，在浇筑混凝土时，应该从一定的方向浇筑，这样有利于因混凝土泌水时采取必要的处理措施，若是出现少量泌水直接用筒提出即可。若大量泌水时采用软轴抽水机抽出（如下图）采用这种方法基本上排除了最后阶段的所有泌水。

大体积混凝土（尤其用泵送混凝土）的表面水泥浆较厚，在浇筑后要进行处理。一般先初步按设计标高用长刮尺刮平，然后在初凝前用铁滚筒碾压数遍，再用木蟹打磨压实，以闭合收水裂缝，经12h 左右再用塑料薄膜和草袋覆盖充分浇水湿润养护。

根据上述混凝土施工过程和本工程大体积混凝土施工总结出以下大体积混凝土施工中存在的必须充分解决的问题。

混凝土裂缝

混凝土是由多种材料组成的非匀质材料，它具有较高的抗压强度、良好的耐久性及抗拉强度低、抗变形能力差、易开裂的特点。

大体积混凝土裂缝产生的原因，主要是：

(1)由变形变化引起的裂缝，即由温度、收缩、不均匀沉降、膨胀等变形变化产生应力而引起的。

（2）风速引起的裂缝

（3）混凝土配合比引起的裂缝

大体积混凝土的裂缝多由变形变化引起的，即结构要求变形，当变形受到约束得不到满足时，引起应力，当该应力超过混凝土抗拉强度时就引起裂缝。为此，裂缝的产生既与变形大小有关，又与约束的强弱有关。结构产生变形变化时，不同结构之间和结构内部各质点之间都会产生约束。一般大体积混凝土承受的温差和收缩主要是均匀温差和均匀收缩，故外约束应力占主要地位，因此我们要重点研究由结构变形和外约束引起的应力。

大体积混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由此形成的温度应力是导致产生裂缝的主要原因。这种裂缝分为两种： 

1）混凝土浇筑初期，水泥水化产生大量水化热，使混凝土的温度很快上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，因而温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，热量散发少，因而温度上升较多，内外形成温度梯度，形成内约束。结果混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。

2)混凝土浇筑后数日，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上由于混凝土中多余水分蒸发、碳化等引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束（外约束），不能自由变形，导致产生温度应力（拉应力），当该温度应力超过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂形成温度裂缝。如果该温度应力足够大，严重时可能产生贯穿裂缝，破坏了结构的整体性、耐久性和防水性，影响正常使用。为此，应尽一切可能坚决杜绝贯穿裂缝。

大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度一般可分为表面裂缝（也就是我们通常所说的规裂）、深层裂缝和贯穿裂缝(上图)三种。贯穿性裂缝切断了结构断面，破坏结构整体性、稳定性和耐久性等，危害严重。深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性。表面裂缝虽然不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱且易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展。国内外有关规范对裂缝宽度都有相应的规定，—般都是根据结构工作条件和钢筋种类而定。我国的混凝土结构设计规范(GBJlO—)，对钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度亦有明确规定：室内正常环境下的一般构件为0.3mm；露天或室内高湿度环境为0.2mm。

由于温度收缩应力引起的初始裂缝，不影响结构的瞬时承载能力，而对耐久性和防水性产生影响。对不影响结构承载能力的裂缝，为防止钢筋锈蚀、混凝土碳化等，应对裂缝加以封闭或补强处理。如：涂刷水泥浆，水泥基结晶型防水涂料、柔性涂料等。

对于地下或半地下结构，裂缝主要影响其防水性能。当裂缝宽度只有0．1～0．2mm时，虽然早期有轻微渗水，经过一段时间后一般裂缝可以自愈。裂缝宽度如超过0.2～0．3mm，渗水量随着裂缝宽度的增大而增加甚快，为此，对于这种裂缝必须进行化学灌浆处理。

大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部应力发展的结果。一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。大体积混凝土裂缝产生的情况，可知道产生裂缝的原因主要有：

<1>水泥水化热

水泥在水化过程中要产生一定的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，这样就会引起在很短时间内升温。水泥水化热起的骤然绝热温升，混凝土单位体积内的水泥用量和水泥品种有关，根基本工程大体积混凝土施工经验，一般在10d左右达到最终绝热温升，但由于结构自然散热，实际上混凝土内部的最高温度，大多发生在混凝土浇筑后的2～5d。这也是混凝土配合比应着重考虑的问题，所以对配合比上的要求主要是在保证混凝土质量的同时必须考虑采用低水化热水泥，能尽量减少水泥用量采用其它胶泥材料置换水泥用量（如掺加粉煤灰、矿粉等），采用外加剂延缓水泥散热达到最高峰的时间等。

<2>外界气温变化

大体积混凝土施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土开裂有重大影响。混凝土的内部温度是浇筑温度（如C50混凝土浇筑温度在20℃左右）水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加之和。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；如外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别在外界温度骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土极为不利。（如在冬季施工高强度混凝土）

混凝土温度裂缝

对于大体积混凝土结构，为防止其产生温度裂缝，除需进行认真的计算，做到事先心中有数之外，在施工之前和施工过程中采取有效的技术措施，亦有非常重大意义。

根据昆明新机场飞行区货运通道工程大体积混凝土结构施工经验，为防止产生温度裂缝，着重在控制混凝土温升、延缓混凝土降温速率、减少混凝土收缩、提高混凝土极限拉伸值、改善约束等方面采取措施。在大体积混凝土结构施工过程中的温度监测亦非常重要，它可使有关人员及时了解混凝土结构内部温度变化情况，必要时可临时采取事先考虑的有效措施，以防止混凝土结构产生温度裂缝。

由风速产生的裂缝也应该引起足够的重视，由于风速过大会使刚浇筑好的混凝土由于表面严重失水，而内部混凝土还有足够的水分，致使混凝土表面产生裂缝，在浇筑下一层混凝土是及有可能产生冷缝，这种了冷缝处理起来就有很大的难度。一般大体积混凝土多采用分层浇筑，在浇筑混凝土是应充分根据混凝土初凝时间、浇筑速度及遇到什么环节出现故障所需要的时间进行合理的分层，浇筑混凝土的暴露面不宜过大，浇筑好以后应及时采取保水措施。

大体积混凝土施工，控制裂缝产生，配合比也是相当关键的，大体积混凝土结构在降温阶段，由于降温和水分蒸发等原因产生收缩，再加上存在外约束不能自由变形而产生温度应力的。因此，控制水泥水化热引起的温升，即减小了降温温差，这对降低温度应力、防止产生温度裂缝能起釜底抽薪的作用。控制大体积混凝土结构因水泥水化热而产生的温升，工程主要从原材料上入手：

<1>用中低热的水泥品种

混凝土升温的热源是水泥水化热，选用中低热的水泥品种，可减少水化热，使混凝土减少升温。为此，施工大体积混凝土结构多用P.S42.5矿渣硅酸盐水泥。根基水泥生产厂家提供的数据：如42.5强度等级矿渣硅酸盐水泥其3d的水化热为18OkJ/kg，而42.5强度等级普通硅酸盐水泥则为25OkJ/kg，水化热量减少28％。

<2>掺加减水剂木质素磺酸钙

木质素磺酸钙属阴离子表面活性剂，对水泥颗粒有明显的分散效应，并能使水的表面张力降低而引起加气作用。因此，在混凝土中掺人水泥重量0.25 ％的木钙减水剂（即木质素磺酸钙），它不仅能使混凝土和易性有明显的改善，同时又减少了10％左右的拌合水，节约10％左右的水泥，从而降低了水化热。同时可明显延迟水化热释放的速度，放热峰也较不掺者推迟，这样不但可减小温度应力，且可使初凝和终凝的时间相应延缓5~8h，可大大减少了在大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。

<3>掺加粉煤灰外掺料

根据试验提供的数据，在混凝土内掺人一定数量的粉煤灰，由于粉煤灰具有一定活性，不但可代替部分水泥，而且粉煤灰颗粒呈球形，起润滑作用，能改善混凝土的粘塑性，并可增加泵送混凝土要求的31.5mm以下细粒的含量，改善混凝土可泵性，降低混凝土的水化热。掺加粉煤灰后可改善混凝土的后期强度，但其早期抗拉强度及早期极限拉伸值均有少量降低。因此对早期抗裂要求较高的工程，粉煤灰掺人量应少一些，否则表面易出现细微裂缝。

<4>粗细骨料选择

为了达到预定的要求，同时又要发挥水泥最有效的作用，粗骨料有一个最佳的最大粒径。对于大体积钢筋混凝土，粗骨料的规格往往与结构物的配筋间距、模板形状以及混凝土浇筑工艺等因素有关。优先采用以自然连续级配的粗骨料配制混凝土。因为用连续级配粗骨料配制的混凝土具有较好的和易性、较少的用水量和水泥用量以及较高的抗压强度。在石子粒径上可根据施工条件，尽量选用粒径较大、级配良好的石子。因为增大骨料粒径，可减少用水量，而使混凝土的收缩和泌水随之减少。

混凝土施工后过程监测

为了进一步摸清大体积混凝土水化热的多少，不同深度处温度场升降的变化规律，随时监测混凝土内部温度情况，以便有的放矢地采取相应技术措施确保工程质量，如昆明新机场飞行区货运通道的做法是在大体积混凝土中埋设测温线，用混凝土温度测定记录仪，进行施工全过程的跟踪和监测。为了能准确地了解混凝土内部温度场的分布情况，除了按施工方案合理布置传感器外，还要确保每个传感器具有较高的可靠性。所以对传感器进行筛选、封装。确保铜热传感器的可靠性、准确性和密封性，剔除原材料质量不合格和限定混凝土碱性腐蚀对测试工作的影响。记录仪可显示读数，随时监视大体积混凝土内部的温度变化，对照理论计算值，如有异常可及时反馈信息，便于决策部门及时采取技术措施。这样在施工过程中，对大体积混凝土内部各部位的温度变化可跟踪监测，做到信息化施工，从而可确保工程质量。

综合上述所说，大体积混凝土施工主要考虑的问题就是如何解决混凝土施工后产生的裂缝。

附件：

主要应用标准：

1、 《大体积混凝土施工工艺标准》FHEC—QH—44–1–2007

2、中华人民共和国国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204—2002。

3、中华人民共和国国家标准《混凝土强度检验评定标准》GB107-87。

4、中华人民共和国国家标准《预拌混凝土》GB14902—2003。

5、中华人民共和国国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-1999。

6、中华人民共和国国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596—2005。

7、中华人民共和国国家标准《混凝土外加剂标准》GB8076-97。

8、中华人民共和国行业标准《普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法》JGJ52—2006。

9、云南省工程建设标准《普通混凝土配制技术规程》《砌筑砂浆配制技术规程》《机制砂技术标准及应用规程》云南省建设厅2003年1月20日发布。

10、中华人民共和国行业标准《混凝土用水标准》JGJ63—2006。

11、《云南建工集团施工组织设计管理暂行规定》云建总（98）29号。

12、中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002。

13、中华人民共和国国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T 18046-2000。

14、中华人民共和国行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—2000。