李澤宇 代禮平

中建二局第一建筑工程有限公司 北京 100000

1 大體積混凝土的定義

目前，對(duì)于大體積混凝土的定義，國(guó)內(nèi)外都有相應(yīng)的解釋。國(guó)外方面，日本建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（JAS－SA）最早提出了定量化的表述：“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，水化熱引起的混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差，預(yù)計(jì)超過(guò)25℃的混凝土，稱為大體積混凝土”；而其他美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家都只在規(guī)范中定性地進(jìn)行了描述，如美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)（ACI）指出：“體積大到必須對(duì)水泥的水化熱及其帶來(lái)的相應(yīng)體積變化采取措施，才能盡量減少開(kāi)裂的一類混凝土”。我國(guó)針對(duì)大體積混凝土的定義主要來(lái)源于規(guī)范，GB50496－2009《大體積混凝土施工規(guī)范》定義為：“混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土”；JGJ55－2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》則定義為“體積較大的，可能由膠凝材料水化熱引起的溫度應(yīng)力導(dǎo)致有害裂縫的結(jié)構(gòu)混凝土”。對(duì)比國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)可知，目前關(guān)于“大體積混凝土”尚未有幾何尺寸的統(tǒng)一量化標(biāo)準(zhǔn)。但是，基本都從溫度變化和收縮裂縫方面進(jìn)行了定義和闡述，強(qiáng)調(diào)了大體量水化熱造成的內(nèi)外溫度差問(wèn)題必須采取措施予以處理[1]。

2 強(qiáng)化大體積混凝土施工管理的必要性分析

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的多、高層建筑已無(wú)法滿足人們生活、辦公的需要，超高層建筑得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。超高層建筑的地下室底板較厚、體積較大，通常采用大體積混凝土施工技術(shù)完成地下室底板的澆筑。然而，大體積混凝土對(duì)比普通體量的混凝土結(jié)構(gòu)斷面尺寸更大，導(dǎo)熱性能更差，聚集在混凝土內(nèi)部的熱量更不容易散發(fā)；混凝土表面散熱較快，內(nèi)部散熱慢，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部和表層溫差越來(lái)越大，進(jìn)而導(dǎo)致大體積混凝土內(nèi)產(chǎn)生不均勻的溫度變形和溫度應(yīng)力，當(dāng)其溫度拉應(yīng)力超過(guò)極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。因此，如何有效降低大體積混凝土的水化熱，避免其因升溫、降溫產(chǎn)生裂縫，從而保證大體積混凝土的施工質(zhì)量是大體積混凝土施工技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為避免大體積混凝土由于溫差導(dǎo)致的裂縫，以實(shí)際過(guò)程為例，分析了大體積混凝土產(chǎn)生溫差的原因，并根據(jù)原因提出了大體積混凝土裂縫控制措施，以此為相似工程提供借鑒。

3 溫度裂縫成因

從微觀上看，作為組成大體積混凝土的主要材料，水泥在大體積、大尺量的施工中會(huì)積聚大量水化熱，造成內(nèi)部溫度的升高。升溫過(guò)程中大量的水化熱不能有效地釋放、傳遞到表層，而降溫過(guò)程中混凝土的保溫性能又使得內(nèi)部降溫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于表層，導(dǎo)致內(nèi)部溫度應(yīng)力集中；從宏觀上看，大體積混凝土強(qiáng)度具備抵抗破壞約束的能力，內(nèi)部溫度應(yīng)力和外部抗拉約束應(yīng)力兩方面相互抗衡。當(dāng)內(nèi)部溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土能夠承受的約束拉力極限時(shí)，造成溫度裂縫的出現(xiàn)[2]。最后，混凝土兩面的溫度也是不同的，一般來(lái)說(shuō)，靠建筑內(nèi)部較近的混凝土的熱量不容易釋放，而外側(cè)的則較容易，因此內(nèi)側(cè)可能會(huì)出現(xiàn)持續(xù)膨脹的情況，最終導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

4 大體積混凝土溫度控制方法

4.1 合理控制原材料、優(yōu)化配合比

混凝土配合比設(shè)計(jì)的原則是在保證混凝土抗壓強(qiáng)度滿足要求的前提下，盡量提高其抗拉性能?；炷恋脑牧吓c配合比要經(jīng)試驗(yàn)室試配，檢查合格后方可采用。為降低混凝土水熱化，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要在保證混凝土強(qiáng)度等級(jí)的基礎(chǔ)上，盡可能減少水泥用量。為了使混凝土具有較大的抗裂能力，在施工之前，由項(xiàng)目部牽頭組織拌和站，對(duì)混凝土的原材料以及配合比方面進(jìn)行控制。合理選擇原材料及優(yōu)化配合比，使混凝土絕熱溫升減小，提升抗拉強(qiáng)度及極限拉伸變形能力，減小混凝土熱強(qiáng)比及膨脹系數(shù)。第一，水泥的品種與用量是影響混凝土力學(xué)性能與混凝土溫度變形的重要因素。在選擇水泥時(shí)，應(yīng)從水泥的標(biāo)號(hào)、熟料的礦物組成、細(xì)度等方面進(jìn)行綜合考慮?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)工期、地理位置及氣候條件影響，為提升混凝土抗裂性能及強(qiáng)度，采用低熱礦渣水泥、較高標(biāo)號(hào)中熱硅酸鹽水泥，并摻入一定的粉煤灰，以增強(qiáng)耐磨性及抗蝕性。第二，在混凝土內(nèi)摻入一定數(shù)量的粉煤灰，以改善混凝土的黏塑性，降低混凝土水化熱。粉煤灰摻到混凝土中后，能降低水化熱，減少干收縮，改善新拌混凝土的和易性。但考慮到其早期強(qiáng)度較低，項(xiàng)目最終決定選用性能良好、各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、CaO含量不超過(guò)10%的二級(jí)粉煤灰。第三，考慮到現(xiàn)場(chǎng)工期及惡劣天氣的影響，在與拌和站協(xié)商后，決定使用外加劑來(lái)增強(qiáng)混凝土的早期抗裂性能，例如，減水劑、引氣劑、膨脹劑及早強(qiáng)劑等。①減水劑是最常用、最重要的外加劑，具有減水增塑的作用，能夠在保持混凝土坍落度及強(qiáng)度不變的前提下，減少水的用量、水泥用量，并降低混凝土的絕熱升溫。②引氣劑的作用是通過(guò)在混凝土中產(chǎn)生大量微小氣泡的原理來(lái)提高混凝土的抗凍融耐久性，主要用于極寒天氣。③在混凝土中添加膨脹劑，膨脹劑會(huì)與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成鈣礬石結(jié)晶顆粒，使混凝土產(chǎn)生適度膨脹，在內(nèi)外約束條件下產(chǎn)生一定的內(nèi)壓應(yīng)力，與收縮產(chǎn)生的應(yīng)力相互抵消，建立混凝土內(nèi)部平衡。④混凝土早強(qiáng)劑是指能提高混凝土早期強(qiáng)度，并且對(duì)后期強(qiáng)度無(wú)顯著影響的外加劑。早強(qiáng)劑的主要作用在于能加速水泥水化的速度，促進(jìn)混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展，既具有早強(qiáng)功能，又具有一定減水增強(qiáng)功能。第四，優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制砂石骨料的含泥量。選擇粗骨料時(shí)，從粗骨料的品種、級(jí)配、顆粒形狀和大小等方面綜合考慮，層層篩選，最終選取5～40mm連續(xù)級(jí)配花崗巖碎石粗骨料；選擇細(xì)骨料時(shí)，從細(xì)骨料的平均粒徑、顆粒級(jí)配與砂率等進(jìn)行綜合考慮，并最終選用石英含量高，顆粒形狀渾圓、潔凈，具有平滑篩分線，平均粒徑為3.8mm，含泥量小于1.5%、泥塊含量小于0.5%的中粗砂[3]。

4.2 運(yùn)輸過(guò)程控制

運(yùn)輸過(guò)程中宜采取以下措施：①高溫天氣，為混凝土運(yùn)輸車設(shè)置隔熱遮陽(yáng)布，有效降低運(yùn)輸過(guò)程中的混凝土溫度回升；②混凝土運(yùn)輸、澆筑器具，如混凝土泵、振搗棒等提前澆水冷卻或采取遮陽(yáng)措施；③合理安排澆筑倉(cāng)位，盡量縮短混凝土的運(yùn)輸時(shí)間；④合理組織施工，混凝土運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)盡快入倉(cāng)，混凝土入倉(cāng)后及時(shí)進(jìn)行平倉(cāng)振搗，加快覆蓋速度，盡量縮短混凝土的暴露時(shí)間。

4.3 澆筑過(guò)程控制

澆筑過(guò)程中，應(yīng)注意以下要點(diǎn)：①混凝土澆筑盡量避開(kāi)白天高溫時(shí)段施工；②混凝土入模溫度宜控制在25℃以下；③混凝土分層澆筑時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，不得任意改動(dòng)混凝土澆筑層厚。底板混凝土澆筑鋪料方法采用臺(tái)階法鋪料，臺(tái)階寬1.6m，高30cm，臺(tái)階法鋪料從澆筑塊體短邊一端向另一端鋪料，采用邊前進(jìn)、邊加高的方法，逐步向前推進(jìn)并形成明顯的臺(tái)階，直至把整個(gè)倉(cāng)位澆筑至收倉(cāng)高程。在這過(guò)程中，由于混凝土泵所在位置較低并朝向相反方向進(jìn)行平行澆筑作業(yè)。當(dāng)下層混凝土出現(xiàn)凝固狀態(tài)時(shí)便可對(duì)上層進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)，這種澆筑方式有利于減少出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，從而保障混凝土澆筑質(zhì)量較好。在實(shí)際混凝土澆筑施工中，需要保證混凝土自吊斗距澆筑區(qū)域距離小于2m，如果現(xiàn)場(chǎng)空間條件有限，存在澆筑高度過(guò)高的情況，則可以利用溜管、串桶進(jìn)行輔助澆筑。然后，根據(jù)鋼筋疏密程度及混凝土結(jié)構(gòu)特征，對(duì)澆筑層厚度進(jìn)行合理控制。

4.4 混凝土振搗

在進(jìn)行混凝土振搗施工的過(guò)程中，應(yīng)采用自上而下的振搗作業(yè)方式。盡最大可能保障插入和拔出的速度一致，再根據(jù)插拔速度和位置來(lái)明確插拔區(qū)間。通常情況下，采用并列插入方式和交錯(cuò)插入方式，施工人員可根據(jù)具體實(shí)際情況選擇相應(yīng)的插入方式。這類方式有助于降低混凝土當(dāng)中出現(xiàn)氣泡保障混凝土質(zhì)量。施工人員在施工設(shè)計(jì)階段就要分析出混凝土澆筑和振搗施工的需求量。根據(jù)需求量的大小對(duì)使用泵設(shè)備進(jìn)行合理配置，從而保障混凝土施工質(zhì)量全面提升。為了保障混凝土在出料的過(guò)程中振搗施工起到相應(yīng)作用，提升振搗密實(shí)度，便可在每個(gè)混凝土出料口位置設(shè)置多個(gè)振搗棒。在澆筑施工的第一階段，施工人員可以將振搗棒，放置在出料口位置，從而讓混凝土出料快速并自然形成流淌坡?tīng)顟B(tài)。在第2階段過(guò)程中，便會(huì)形成多角狀態(tài)，要在混凝土下部進(jìn)行施工。在第3階段過(guò)程中，施工人員便要將振搗棒放在中間傾斜位置，從而讓振搗作業(yè)滿足澆筑過(guò)程中的技術(shù)需求。

4.5 混凝土養(yǎng)護(hù)控制

混凝土初凝與完成凝結(jié)之間存在著較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，如果不能夠科學(xué)養(yǎng)護(hù)，將會(huì)降低混凝土質(zhì)量，甚至還需要返工處理。在混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，首先要對(duì)混凝土施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行修復(fù)，如振搗環(huán)節(jié)內(nèi)沒(méi)有及時(shí)消滅氣泡，或泌水率與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不相適應(yīng)等。模板拆除掉后，作業(yè)人員要對(duì)混凝土仔細(xì)檢查，保證混凝土質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)所符合。如有問(wèn)題出現(xiàn)，則需結(jié)合實(shí)際情況，采取針對(duì)性的修整修復(fù)措施。如有開(kāi)裂問(wèn)題出現(xiàn)于混凝土部分位置，作業(yè)人員可在開(kāi)裂位置粘貼纖維布，對(duì)開(kāi)裂部位進(jìn)行填充和修復(fù)。其次，作業(yè)人員要將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件納入考慮范圍，采取澆水、覆蓋、涂抹養(yǎng)護(hù)劑等養(yǎng)護(hù)措施，養(yǎng)護(hù)工作要在拆除模板后的12個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行。如果于冬季開(kāi)展混凝土施工活動(dòng)，更是要養(yǎng)護(hù)管理混凝土。若環(huán)境溫度在-10攝氏度以下，需將暖棚法運(yùn)用過(guò)來(lái)，科學(xué)處理25mm以上直徑的鋼筋。且對(duì)混凝土灌注溫度嚴(yán)格控制，盡量不要低于5攝氏度。細(xì)薄截面灌注時(shí)，則要保持10攝氏度以上的溫度。施工過(guò)程中，要分層持續(xù)開(kāi)展混凝土灌注工作，按照20mm以上標(biāo)準(zhǔn)控制混凝土厚度。

4.6 溫度監(jiān)測(cè)控制

通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)，掌握天氣變化規(guī)律、原材料溫度情況、混凝土出機(jī)口溫度、混凝土澆筑溫度、澆筑塊內(nèi)部溫度變化等，并分析隨時(shí)調(diào)整溫度控制措施。①施工現(xiàn)場(chǎng)值班室設(shè)置水銀溫度計(jì)進(jìn)行日常氣溫觀測(cè)，并隨時(shí)做好記錄。②項(xiàng)目部質(zhì)檢部、試驗(yàn)室在混凝土澆筑前采用溫度計(jì)及時(shí)對(duì)混凝土原材料及混凝土出機(jī)口溫度進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，并做好記錄，依此調(diào)整溫控措施。③混凝土澆筑每4h檢測(cè)一次出機(jī)口溫度，入模溫度測(cè)量，每臺(tái)班不應(yīng)少于2次。④對(duì)于敷設(shè)冷卻水管的底板，測(cè)試澆筑體里表溫差、降溫速率及環(huán)境溫度，每晝夜不應(yīng)少于4次。⑤大體積混凝土澆筑體內(nèi)溫度檢測(cè)點(diǎn)布置采用埋設(shè)測(cè)溫線，通過(guò)電子測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量，具體布置方式如下：如，每100m2倉(cāng)面面積不少于1個(gè)測(cè)點(diǎn)，沿混凝土澆筑體厚度方向按表層、底層和中心溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布置，共3個(gè)點(diǎn)，則底板共布置15個(gè)測(cè)溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其次，混凝土澆筑體表層溫度測(cè)點(diǎn)宜埋設(shè)在冷卻水管與混凝土上表面1/2處；再次，混凝土澆筑體底層溫度宜在混凝土澆筑體底面以上與冷卻水管距離1/2處；最后，混凝土澆筑體中心溫度測(cè)點(diǎn)宜在混凝土澆筑體中心冷卻水管左側(cè)10cm處[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，大體積混凝土的溫度控制是裂縫控制的關(guān)鍵一環(huán)，通過(guò)對(duì)具體大體積混凝土工程實(shí)例澆筑后溫度變化情況的研究，確定了大體積混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑后極易產(chǎn)生裂縫的原因，并據(jù)此提出了可行的裂縫控制措施。①結(jié)合《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》與對(duì)實(shí)際工程實(shí)例的研究，造成大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因，一是混凝土內(nèi)外溫差超過(guò)25℃；二是溫度下降速率超過(guò)2℃/d。②在混凝土澆筑前期、混凝土澆筑過(guò)程以及混凝土澆筑完成后可以通過(guò)降低水化熱的產(chǎn)生、加速水化熱的彌散以及做好混凝土的養(yǎng)護(hù)等措施，以降低水化熱對(duì)大體積混凝土的影響，從而達(dá)到裂縫控制的目的。