大体积混凝土施工过程控制要素分析

刘力源

0 引言

何为大体积混凝土，大体积混凝土(mass concrete)为一次浇筑量大于1000 m3或混凝土结构实体最小尺寸不小于2 m，且混凝土浇筑需研究温度控制措施的混凝土。而日本建筑学会(JASS5)对大体积混凝土的定义是:“结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起的混凝土内最高温度与表面温度之差预计超过25℃的混凝土称之为大体积混凝土。”

其特点是结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂，施工技术要求高，水泥水化热较大(预计超过25℃)，易使结构物产生温度变形，从而产生裂缝。因此如何采取有效措施使得大体积混凝土浇筑不产生裂缝，如何通过施工过程有效控制使得大体积混凝土浇筑顺利进行，如何达到大体积混凝土施工要求，故本文通过以下实例来具体分析大体积混凝土施工过程需要控制哪些要素。

1 工程概况

太原市某高层住宅楼包括1号、2号、3号、4号住宅楼，地下3层(含设备夹层)、地上38层，建筑总高度为128.7 m，整个建筑地下部分与车库连为一体。建设场地周边环境比较复杂，西侧紧邻城市主干道，施工场地十分狭窄且工期紧张。该工程主体采用钢筋混凝土剪力墙结构，主楼基础采用后注浆灌注桩，承台梁+防水抗浮底板。底板厚度为2450mm，采用C40防渗水混凝土，抗渗等级为P8。车库底板厚度600mm，采用C40防渗水混凝土，抗渗等级为P8。

由于混凝土强度高，体积大，钢筋密，工程条件复杂等特点，设计要求采取一次性连续浇筑而不留任何施工缝，同时必须满足强度、刚度、抗渗和耐久性的要求，控制温度变形和裂缝。

2 大体积混凝土施工控制要素

2.1 施工部署——合理规划、人员充足、供应及时

由于大体积混凝土施工其明显的特点就是施工量大，施工时间长，要想在短时间顺利完成浇筑，就需要在浇筑之前，根据现场实际情况合理规划现场场地，准备充足管理及施工人员，与混凝土供应商提前沟通，保证混凝土的及时供应。

1)合理规划。该工程基础底板预计浇筑混凝土3000 m3，按照施工计划，浇筑时间仅有36 h，故至少需要三台混凝土泵车同时进行混凝土浇筑。施工现场选择了两台地泵以及一台汽车泵机动，另外在条件允许的情况下，为了加快浇筑速度，还准备了两条自制溜槽在基坑南北两侧将混凝土直接流入基坑内。由于现场场地狭窄，为了避免车辆交叉以及保证施工过程各个输送泵输送混凝土的连续性，合理规划现场泵车支放地点尤其重要，同时还需要合理安排混凝土运输车的行走路线。

2)人员充足。现场需要成立大体积混凝土浇筑专项施工管理小组，浇筑之前召开专题交底会和动员大会。充分作好各项准备工作，为大体积混凝土的成功浇筑奠定基础。在现场对施工班组做好交底，使工人能确实掌握操作要领以及大体积混凝土施工所注意的事项。人员按昼夜两班倒，施工过程相关人员不得擅自离岗，出现问题落实到人。

3)供应及时。根据搅拌站到现场的距离，以及浇筑时间的需要，每台泵车需要10辆混凝土运输车为其服务。施工过程中不允许间断。

2.2 材料成分控制——合理选取原材料，优化混凝土配合比

合理选取原材料，优化混凝土配合比是防止温度裂缝产生的重要措施之一。

1)材料方面:首先需要从材料选择上、技术措施等有关环节做好充分的准备工作，才能保证大体积混凝土顺利施工。例如，目前已经采用商品混凝土浇筑。则在拌制混凝土时对主要材料要求如下:a.水泥:考虑普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水泥水化热不易散发，在混凝土内部温度过高，与混凝土表面产生较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝，因此确定采用水化热比较低、初凝时间长的矿渣硅酸盐水泥，标号为525号，同时降低水泥和水的用量，掺入适量的粉煤灰和缓凝减水剂，以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗渗能力。b.粗骨料:采用碎石，粒径5mm～25mm，含泥量不大于1%。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。c.细骨料:采用中砂，平均粒径大于0.5mm，含泥量不大于5%。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。d.粉煤灰:由于大体积混凝土的浇筑方式一般为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰。按照规范要求，采用矿渣硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时，其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。粉煤灰对水化热、改善混凝土和易性有利，但掺加粉煤灰的混凝土早期极限抗拉值均有所降低，对混凝土抗渗抗裂不利，因此粉煤灰的掺量控制在10%以内，采用外掺法，即不减少配合比中的水泥用量。按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量。e.外加剂:可以按照设计要求，如果设计无具体要求，通过分析比较及过去在其他工程上的使用经验，每立方米混凝土掺用2 kg左右减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。具体外加剂的用量及使用性能，商品混凝土站在浇筑前应将报告送达施工单位。因此混凝土站和施工单位要注意收集混凝土性能的资料以备查用。

2)混凝土配合比:混凝土一般采用搅拌站供应的商品混凝土，因此要求混凝土搅拌站根据现场提出的技术要求，提前做好混凝土试配。按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》中的有关技术要求进行设计。粉煤灰采用外掺法时仅在砂料中扣除同体积的砂量。另外应考虑到水泥的供应情况，以满足施工的要求。

2.3 施工工艺——分段定点，一个坡度，薄层浇筑

根据泵送大体积混凝土的特点，采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶”的方法进行浇筑。

浇筑混凝土时由东向西浇筑。下料时，混凝土应自然流淌，采用一个坡度(1∶6左右)斜向分层浇筑，厚度控制在300mm左右，每台泵车布4台振动器，分布在根部、中间和流淌范围。

1)一次振捣。底板混凝土振捣时，先采用型号为ZX-50插入式振捣器振捣，然后用型号为HB-11平板振捣器拖一遍。插入式振捣器应快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，顺序进行，不得遗漏，做到均匀振实，移动间距不大于振捣作用有效半径的1.5倍约为450mm，振捣时间宜为10 s～30 s，以混凝土泛浆和冒泡为准，应避免漏振、欠振和超振。振捣上一层混凝土时应在下一层混凝土初凝前进行，且必须插入下层50mm，以消除两层间接缝。振捣器距离模板不应大于450mm，并不宜紧靠模板振动。用平板振捣器振捣底板混凝土时，每一位置上连续振动一定时间，以混凝土表面均匀出现浆液为准，移动时必须逐行拖进，要成排一次进行，前后位置和排与排之间应有1/3平板宽度的搭接，以防漏振。

2)二次振捣。对已浇筑的混凝土进行二次振捣，以排除混凝土泌水在粗骨料、水平筋的下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止混凝土沉落而出现裂缝，减少内部微裂，增加混凝土密实度，提高抗裂性。但现场一定要掌握准二次振捣的时间，严防过振，避免混凝土离析。二次振捣恰当时间的判断方法:将运转着的振动棒以其自身的重力逐渐插入混凝土中进行振捣，混凝土仍可恢复塑性的程度是使振动棒小心拔出时混凝土仍能自行闭合，而不会在混凝土中留下孔穴，则可认为当时施加二次振捣是适应的。

3)混凝土的收面和养护。大体积混凝土的养护方法常用的有:蓄水养护和覆盖保温被养护。由于蓄水养护法需要分段砌筑挡水墙和分期蓄水，本工程底板施工时间覆盖保温方法。采取措施保持混凝土表面的温度和一定的湿度，是混凝土筏板养护的重点。混凝土的养护时间:顶板混凝土不得少于7 d，对于有抗渗要求的混凝土(基础底板、外剪力墙)要求不得少于14 d。a.基础底板混凝土的收面:基础底板施工，正处于风季，外界气温低，风速大，气候很干燥。基础底板混凝土厚度较大，若收面和养护措施不得力，会呈外硬内软的“鸡蛋壳”状，出现塑性收缩裂缝，且严重影响混凝土的质量。b.基础底板混凝土的养护:施工前做好充分的施工准备，混凝土浇筑过程中做到及时的过程养护，混凝土浇筑后按规范、规定进行的养护，贯穿始终的温湿度控制。c.采取的措施:混凝土初凝前，第一次收面采用长刮尺(要有5 m长左右，60×300左右的铝合金)和木抹子弹线搓平后，立即用塑料布覆盖，防止混凝土被强风吹袭和曝晒;第二次收面在收水后立即进行，去掉塑料布，收面采用2 m～3 m刮尺和木抹子反复压实，保持混凝土表面处在湿润状态下(表面不得见干)，再加盖塑料布保护;第三道收面在终凝前，即没有脚印时，收面用磨光机压实，洒水，加盖塑料布，塑料布上再加两层草帘被，洒水湿润。d.要求:混凝土浇筑一段，养护一段，连续流水作业，混凝土表面应该全部覆盖严密，并应保持塑料布内湿润，有凝结水。放线时，去掉草垫和塑料布，扫去明水，在混凝土湿润状态下放完线，然后继续养护。

2.4 大体积混凝土温度控制——测温

为及时了解混凝土内部各阶段、各部位温度变化，防止异常天气引起大的温差，混凝土浇筑完成后进行测温按以下方案进行监测。当混凝土内外温差达到报警值时及时采取措施，防止混凝土出现裂缝。

本工程采用电子测温仪测温，其中涉及到测温点的布置、测温的间隔时间、测温人员的确定，以及测温记录的整理。

1)测温采用电子测温仪，按测温点布置图中标明的温度感应计的位置将温度感应计固定于混凝土中相应位置的钢筋上，并将做好编号的导线引出底板外。附着于钢筋上的半导体传感器应与钢筋隔离，保护测温探头的插头不受污染，不受水浸，插入测温仪前应擦拭干净，保护干燥以防短路。为防止钢筋导热影响测温的效果，在测温的探头处用胶布裹包钢筋使二者隔离。

2)绘制测温点布置图，埋设测温线。为了有效的控制混凝土内外温差，使混凝土内外温差不大于25℃，防止混凝土裂缝的产生，采取温控措施。底板处每10 m设置一个测温点，电梯基坑、集水坑、高低跨处斜坡厚板处设置测温点。

3)测温应在每块混凝土浇筑完后的12 h左右进行，其时间间隔如下:72 h以内每2 h测温一次;3 d～7 d每4 h测温一次;7 d～14 d每6 h测温一次;14 d后依据测温结果，决定是否继续测温。

4)测温工作应指派专人负责，24 h连续测温。测温结果应填入测温结果记录表。每次测温结束后，应立刻整理、分析测温结果并给出结论。在混凝土浇筑的7 d以内，测温员应每天向业主、监理、技术组报送测温记录表，7 d以后可2 d报送一次。

3 结语

目前，建筑业发展迅速，高层建筑的不断增加，对大体积混凝土施工工艺的要求越来越高，而大体积混凝土施工的主要技术难点还是如何有效的控制混凝土的温度裂缝。由于大体积混凝土施工影响因素较多，比如水泥品种、浇筑方法、混凝土厚度、降温措施、环境温度等，每个工程需要根据具体情况采取不同的施工技术，保证混凝土的施工质量。文中各项具体控制因素均是在施工过程中为了保证大体积混凝土的施工质量，避免产生混凝土的温度裂缝而进行的一系列具体措施。控制大体积混凝土施工质量关键就是选择合理的混凝土材质、有效地进行温度控制和运用合理的施工浇筑方案。本工程按照以上施工过程各个控制要素对大体积混凝土底板的裂缝进行了有效控制，较好地防止了混凝土产生开裂，达到了国家规范的要求。

［1］ JGJ/T 10-95，混凝土泵送技术规程［S］.

［2］ JGJ 6-99，高层建筑箱形与筏形基础技术规范［S］.

［3］ GB 50204-2002，混凝土结构工程施工质量验收［S］.

［4］ JGJ 55-2000，普通配合比设计规范［S］.

［5］ GB J119-88，混凝土外加剂应用技术规范［S］.

［6］ 王铁梦.工程结构裂缝控制［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997.

［7］ 赵志缙，赵 帆.高层建筑基础施工［M］.北京:中国建筑工 业出版社，1994.