朱鵬宇

（淮陰工學院，江蘇 淮安 223001）

對大體積混凝土施工控制的探討

朱鵬宇

（淮陰工學院，江蘇 淮安 223001）

建筑工程大體積混凝土裂縫產生原因比較復雜，其中溫度裂縫的產生不是由單一的因素造成的，主要受內部水化熱和外界環(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生的原因，提出控制原材料，優(yōu)化配合比設計，合理施工監(jiān)控的措施，同時加強施工監(jiān)測，確保大體積混凝土施工質量。

大體積混凝土 溫度裂縫 施工質量

1. 工程概況

某大廈為25層框剪結構,設有3層地下室,結構平面呈矩形,外周長為220 米,內周長為120 米,板厚2.3 米,混凝土強度等級C40 ,混凝土一次澆注量3000m3,抗?jié)B等級S8 , 主樓基礎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生的原因分析

大體積混凝土裂縫是因為混凝土的溫度變形受到約束而產生溫度應力，當這種溫度應力大于混凝土自身抗拉強度時而產生的。

混凝土溫度應力的大小取決于水泥、水化熱、拌合澆筑溫度、大氣溫度、收縮變形及當量溫度等因素，同時它與混凝土的降溫散熱條件和混凝土升降溫速密切相關的，而混凝土抗拉強度的提高與混凝土材料性能有關。此外還跟施工方案及配筋等因素有關。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，可以預見，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冷，加冰拌和等措施來降低澆筑溫度，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)時間，m減小相當于水泥水化熱速率越慢，從而要達到最高溫升的時間就越長。在此期間內混凝土對外散熱得多，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)境溫度變化對混凝土底板內熱峰值影響不大，但對混凝土內外溫差影響為顯著。環(huán)境溫度越低，混凝土表面溫度也越低，這樣，加劇了內外溫差，因此寒潮來臨時，進行澆筑是不利的。

2.4 混凝土的導熱性能

熱量在混凝土內傳遞的能力反映在其導熱性能上。混凝土的導熱系數(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，從而使混凝土內最高溫升降低。同時也減小了混凝土的內外溫差。可以預計，導熱性能越好，熟峰值出現(xiàn)的時間也相應提前。中部最高溫度的熱峰及熱峰出現(xiàn)的時間與板厚密切有關。顯見，板越厚，中部點散熱較少，熱峰值也越高，中部受外界溫降影響所需時間就越長，峰值出現(xiàn)的時間也要晚一些。

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度對裂縫也影響，底板越長，越容易產生裂縫，這是因為溫度應力與澆筑塊長度有關。

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力和控制裂縫的開展。但是這會給施工帶來眾多不便，但難以保證施工質量，延長了施工工期。

2.7 大體積混凝土收縮變形對混凝土裂縫的影響

混凝土中含有大量空隙，粗孔和毛細孔，這些孔隙中存在著水分，水分的活動對混凝土的性質影響很大?！皽孛浉煽s”的性質對裂縫控制極為重要。

混凝土中的水分有化學結合水、物理一化學結合水和物理力學結合水，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，化學外加劑及施工工藝養(yǎng)護條件。新型混凝土和特種混凝土的發(fā)展和研究逐漸認識到，如果說有意識在控制混凝土的自生體積變形、補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，在鋼筋與混凝土之間只發(fā)生很小的應力。

混凝土材料結構是非勻質的，承受拉力作用時，截面中各質點受力是不均勻的，有大量不規(guī)則的應力集中點，這些點由于應力首先達到抗拉強度極限，引起局部塑性變形，如無鋼筋繼續(xù)受力，使在應力集中處出現(xiàn)裂縫。如進行適當配筋，鋼筋將約束混凝土的塑性變形，從而分擔混凝土的應力，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

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

3.1 材料選擇及質量要求

3.1.1 水泥

由于基礎底板厚2.3m, 水泥在水化過程產生大量的熱量,聚集在結構內部不易散失, 使混凝土內部的溫度升高。為此, 在施工中應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 粗細骨料

粗骨料選用5mm～40mm 單粒級卵石。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。細骨料采用中粗砂, 其細度模數(shù)為218, 它比采用細砂, 每立方米混凝土減少用水量20kg 左右,水泥相應減少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, 有效地補償混凝土干縮, 并在一定程度上補償冷縮, 改變混凝土分子結構組織, 增加密實性, 提高抗?jié)B能力。

3.2 混凝土配合比的制定

根據選用的材料, 通過試驗室試配確定了混凝土配合比,采用塔吊運輸, 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

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(初凝時間為3h 左右)進行上層混凝土澆筑, 在不同部位用3 臺振動棒分上、中、下3 個層次, 采用循環(huán)推進, 一次到頂?shù)霓k法, 以消除冷凝, 增強混凝土的密實性, 保證防水質量。

3.3.1 泌水處理

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

3.3.2 表面防裂施工技術要點

大體積泵送混凝土經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時,控制振搗時間,注意避免表層產生太厚的浮漿層;在澆搗后,必須及時用2 m長括尺,將多余浮漿層刮除,按施工員測設的標高控制點,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,混凝土面進行二次抹光,用木蟹全面仔細打抹兩遍,既要確?；炷恋钠秸?又要把其初期表面的收縮脫水細縫閉合,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覆蓋表面養(yǎng)護保護層。

3.3.3 混凝土養(yǎng)護

混凝土在澆筑完畢后的12 h以內,加蓋覆蓋并灑水保濕養(yǎng)護,養(yǎng)護覆蓋采用一層薄膜加一層保溫被的方式,現(xiàn)場另備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。

同時采用內散外蓄的綜合養(yǎng)護法進行混凝土的養(yǎng)護，蓄水高度為100mm。在混凝土內部設置兩排Φ50mm 冷卻循環(huán)鋼管(圖1)，呈梅花形交錯lm布置，養(yǎng)護過程中對進出水管水溫進行測定，溫差控制在10℃以內，管中水流速控制為0.6m / s。

圖 1 冷卻循環(huán)鋼管

3.4 加強混凝土的溫度監(jiān)測工作

溫度控制是大體積混凝土施工中的一個重要環(huán)節(jié)，也是防止溫度裂縫的關鍵。而在引起裂縫產生的諸多因素中，混凝土水化熱和外界氣溫造成的構件內部溫度應力是一個很主要的因素，為了控制裂縫的產生，這不僅要在混凝土成型之后，對混凝土的內部溫度進行監(jiān)測，而且應在一開始，就對原材料、混凝土拌和，入模和澆筑溫度進行系統(tǒng)的實測。為施工組織者在施工過程中及時準確采取溫控對策提供科學依據，實現(xiàn)情報化施工。

4. 體積混凝土溫差監(jiān)測

在施工前,在板中按平面圖要求布置好測溫管并設置測溫點及時測量,根據各齡期混凝土內部的中心溫度計算值,混凝土澆搗后3d內每隔2 h測溫一次,以后每隔4～6 h測溫一次, 12 d以后每天測溫一次,根據測量結果控制水管開關,必要時啟用增壓泵,提高水流速度,確保混凝土中內外溫差小于25 ℃。采取定點下料,對稱振搗的措施防止混凝土將鋼筋推離設計位置。

測溫用紅外測溫儀測讀,為能精確體現(xiàn)混凝土內部溫度,測溫管上口必須用棉包塞嚴,測完溫度繼續(xù)塞好棉包。布置36 個測溫管。測溫管平面間距大致以底板對角均分布置,豎向間距約為850 mm,頂、底兩個測溫點距底板、頂板面各200 mm?；炷林袦y溫孔采用導熱良好的Φ48 ×3.5鋼管制作。此外大氣中布設4個測溫點,以比較混凝土表面溫度與大氣溫度之差。中止測溫記錄后,采用高強度等級無收縮防水砂漿注漿封閉測溫管。測溫點節(jié)點圖見圖2。

圖2 測溫點節(jié)點布置圖

5 小結

本工程通過一系列的技術措施,經過溫度檢測,溫度均控制在混凝土內外溫差小于25 ℃范圍之內,并總結一下幾點經驗：

（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，在混凝土沒有初凝前采用塑料薄膜既可保溫又可保濕。

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

(3)利用測溫技術進行信息化施工，可以全面地了解混凝土在強度發(fā)展過程內部溫度場的分布狀況，可以指導現(xiàn)場的保溫養(yǎng)護工作，為大體積混凝土溫度的預測和控制措施提供依據。

(4)蓄水與冷卻水管降溫的綜合養(yǎng)護法可通過調整蓄水的深度， 進出循環(huán)水的溫差來控制混凝土中心和表面溫度的溫差， 蓄水養(yǎng)護可以為混凝土內的膨脹劑提供充足的水源， 充分發(fā)揮其膨脹性能， 抵消部分因溫差應力、水化反應的收縮應力，防止裂縫產生；冷卻循環(huán)水管可降低混凝土溫升值，且能夠縮短養(yǎng)護周期，保證工程質量的同時能夠取得良好的經濟效果。

[1] 吳威威.大體積混凝土施工技術及其應用[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,2013.

TU75

B

1007-6344（2015）12-0267-02