论大体积混凝土低温和正常温的施工技术

徐向征 陈宏

【摘要】 本文笔者结合自己多年的工作经验对大体积混凝土施工技术的低温施工和正常温施工进行了论述，并指出了施工中的相关问题。针对这些问题提出相关建议及解决措施。

【关键词】大体积混凝土；低温施工；正常温施工；控制；技术

（一）低温施工

一，大体积混凝土产生裂缝的原因分析

筏板基础大体积混凝土在施工阶段产生温度裂缝的主要原因，一方面是由于混凝土内外温度差过大而产生的温度应力和温度变形；另一方面是结构物内外的约束要阻止这种变形，一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度时，即产生裂缝。

1变形作用

各种变形作用(温度、收缩、不匀沉降)是引起大体积混凝土产生裂缝的主要原因。它们引起的应力超过了混凝土的抗拉强度，或者认为它们引起的拉应力超过了混凝土极限拉伸时，混凝土就会开裂。温度是其中的首要作用

2约束变形

如果只有变形而没有约束，混凝土也不会开裂。大体积混凝土基础受到的约束有内约束和外约束两种。内约束是混凝土内部各质点之间的相互影响、相互制约，如混凝土内外产生温差时，内部温度高混凝土膨胀，外部温度低混凝土收缩；内外相互制约，使外表面混凝土产生拉应力，此拉应力如果过大，就会使混凝土开裂。外约束是指另一结构物或物体引起的约束，如果混凝土在降温或收缩变形过程中，受到地基或结构边界条件的影响，也会产生拉应力，严重时可导致开裂。

结合嘉兴市某工程实例，谈谈大体积混凝土基础冬季施工控制裂缝的技术措施。该工程位于嘉兴市繁华地段，建筑总高度约92m，总建筑面积40 000 m2，基础由预应力管桩及钢筋混凝土筏板梁组成。筏板混凝土厚度分别为2．0，2．4m，混凝土强度等级为C35，抗渗要求P8，混凝土总方量约2400 m3，属大体积混凝土。筏板基础混凝土浇筑施工时间为冬季气温-2度----5度间，属于冬季施工。因此，控制温度收缩裂缝和防止混凝土冻害是本工程筏板基础施工的主要技术难点。

二，防止温度收缩裂缝的技术措施

1控制混凝土温升

为了控制混凝土温升，选用中低热水泥、选择粗细骨料、掺加外加剂。按常规施工方法估算，水泥水化热引起混凝土内部最高温度可达到60℃左右。为此，在材料选用上应选用水化热较低的水泥，以及尽量降低单位水泥用量(每减少10kg水泥，降低温度1℃)。该工程选用矿渣硅酸盐525#水泥。在大体积混凝土施工时均采用泵送混凝土，混凝土中的砂率应根据细度模数的不同控制在40％一44％之问。在满足泵送施工的前提下，混凝土中的砂率不宜调整得太大，粗骨料的选择应该均匀坚固，含泥量小、级配优良。选用大粒径骨料，可减少用水量，减少混凝土的收缩和沁水现象，同时也可减少水泥用量，降低水化热。该工程细骨料选用中粗砂，含泥量不超过3％。粗骨料采用级配良好5—30 mm的碎石，含泥量小于l％，针片状含量小乎15％。在混凝土中掺入适量的粉煤灰可代替部分水泥，减少水泥用量，同时也可代替部分砂子而增加混凝土的和易性和保水性，从而提高混凝土的可泵性。掺人高效泵送减水剂sp402，混凝土和易性有明显的改善，而且同时减少拌合水及相应的水泥，从而降低了水化热。掺入膨胀剂UEA，防止混凝土开裂。

2大体积混凝土的浇注

该工程现场设置两台混凝土输送泵，由商品混凝土厂家每台泵配8—10辆泵车供应混凝土，每车6 m3，每车在路上运输时间约35 min，混凝土初凝时间5 h，从人泵时间起考虑初凝时间为4．5 h。筏板板体部分最大浇筑速度为50 m3，h，平均为35．5 m3／h，每天浇筑600 m3。混凝土的运输根据现场使用情况由专人负责指挥，及时调整。根据现场实际，采用由远到近，斜面分层一次浇筑，分层厚度400一500 mm，混凝土倾斜角度约为1：5。混凝土浇筑过程中，两台输送泵并列推进，每台泵最大作业宽度15 m。现场值班人员根据实际情况记录每处混凝土的浇捣时间，及时安排第二次混凝土浇捣时间，避免出现施工缝。考虑混凝土冬季施工要求，混凝土用热水搅拌，保证出罐温度为8℃一l0℃，入模温度为6℃一8℃

3 大体积混凝土温控制

1测温点布设及测温仪器

测温点平面布置按浇筑前后顺序及结构特点在不同区域布置测温点12个。浇筑较早的地区布点，可较早地掌握该工程的混凝土温度变化规律，并能及时地指挥后续施工和养护工作。在混凝土浇筑前，将下端封闭的测温套管固定在测温点平面位置上，并在套管的不同高度放置测量元件。通过热电转换、数据采集及处理，在微机上监控大体积混凝土的内部温度变化情况，确保大体积混凝土施工养护工作的安全性和有效性。

2混凝土养护、测温及温控

在混凝土浇筑后的1。2 d，由于水化热的作用，混凝土是处在升温阶段。在初凝阶段，紧贴混凝土表面覆盖一层塑料薄膜，封闭混凝土中多余拌合水，以实现混凝土的自养护，上加双层草袋及一层握料薄膜。覆盖厚度应根据混凝土测温结果随时调整，在保证混凝土内外最大温差不超过25℃的前提下，尽量减少覆盖厚度，切实把握好保温与散热的矛盾关系。根据混凝土测温信息以及天气气温变化情况调整养护条件。注意天气预报，一旦气温骤变，及时、迅速采取相应措施防止混凝士冻害和温度收缩裂缝的发生。一般在混凝土的中心由于热量聚积，且最不容易散热，温度最高。混凝土表面散热快，温度最低。因此，每个测温点在竖向测试3个厚度处的温度，即混凝土上表面、混凝土中心(1，2厚度处)、距混凝士底面20 cm厚度处的温度。混凝土内部温度变化比较缓慢，升温最快5℃，h，降温更慢，降温最快4℃一5℃，d。在混凝土内部升温阶段每2 h测报一次温度，恒温阶段每4 h测报一次温度，降温阶段每6 h测报一次温度。

（二）正常温施工

一，大体积混凝土的裂缝

大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表裂缝一般危害性较小。但出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它都有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0．3mm；处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0．2mm。在地下工程中应尽量避免超过0．3mm贯穿全断面的裂缝。如出现这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行化学灌浆加固处理。裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。本文主要探讨材料型裂缝。其中具体原因如下。

二，产生裂缝的主要原因有以下方面

(1)水泥水化热：水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的5d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350～550kg／m3来计算，每m3混凝土将放出17500～27500kJ的热量，由于混凝土是热的不良导体，从而使混凝土内部升高，(可达70℃左右，甚至更高)。而大体积混凝土结构断面较厚，水化热聚集在结构内部不易散失，所以尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度越积越高，这样就会形成温度梯度，内外温差增大使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

(2)外界气温变化：大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60℃～65℃，并且有较长的延续时间。如果外界温度低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。另外如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

三，大体积混凝土的配制

(1)选择合适水泥和严格控制水泥用量。研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，选用水化热低、凝结时间长的水泥。在施工中一般采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质__硅酸盐水泥活等。用水化热低的矿渣水泥的时候要注意矿渣水泥的析水性比其它水泥大，在浇筑层表面有大量水析出。这种泌水现象，不仅影响施工速度，同时影响施工质量。所以，在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种，并应在混凝土中掺入减水剂，以降低用水量。此外优先采用525R普通水泥，425R普通水泥等高标号水泥，以减少水泥用量。选用低热水泥，减少水化热，降低混凝土的温升值。并尽量选用后期强度(90或120d)，降低水泥量，并延缓峰值。在满足设计和混凝土可泵性的前提下，将425R水泥用量控制在450kg／m3，525R水泥用量控制在360kg／m3。以降低砼最高温升，降低砼所受的拉应力。

(2)骨料。①粗骨料宜采用连续级配，尽量采用粒径大强度高级配好的骨料，因为粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就越小，水化热就随之降低，对防止裂缝的产生有利。细骨料宜采用级配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热就低，裂缝就减少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗沙。②冷却骨料，特别是冷却粗骨料较冷却细骨料容易一些，具体方法是石子浇水(井水更好)。

(3)掺加粉煤灰。为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们可以把部分水泥用粉煤灰代替，值得一提的是：由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多，在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。

四，大体积混凝土的裂缝检查与处理

对于混凝土裂缝，应以预防为主，为此需要精心设计、施工，但是由于目前采用的防止裂缝的安全系数较小，而实际情况有复杂多变，所以实际工程中还是难免出现一些裂缝。大体积混凝土的裂缝分为三种：表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝。对于表面裂缝因为其对结构应力、耐久性和安全基本没有影响，一般不作处理。对深层裂缝和贯穿裂缝可以采取凿除裂缝，可以用风镐、风钻或人工将裂缝凿除，至看不见裂缝为止，凿槽断面为梯形再在上面浇筑混凝土。限裂钢筋，在处理较深的裂缝时，一般是在混凝16充分冷却后，在裂缝上铺设1～2层的钢筋后再继续浇筑新混凝土。对比较严重的裂缝可以采取水泥灌浆和化学灌浆。水泥灌浆适用于裂缝宽度在0．5mm以上时对于裂缝宽度小于0．5mm时应采取化学灌浆。化学灌浆材料一般使用环氧一糠醛丙酮系等浆材。

结束语

总之。大体积混凝土的开裂是目前学者和工程界关注的一个重要问题，大体积混凝土结构的施工技术与措施直接关系到混凝土结构的使用性能，虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。