大体积混凝土施工技术探讨

王红涛

摘要：建筑工程的大体积混凝土的施工裂缝是通病，但也并不代表完全控制不了。只要在施工技术方面严格把控，还是可以减少或杜绝裂缝的发生。本文主要根据多年工作实践，对大体积混凝土的施工技术进行探讨。

关键词：建筑工程;大体积混凝土;施工技术

一、工程概况

某建筑项目总面积23980m2，主楼部分采用框架-剪力墙结构，桩基为800mm人工挖孔灌注桩，地下室基础底板厚1.5m，砼强度等级为C30，底板平面尺寸大致为29.1 x29.lm。

二、C30S8混凝土配合比设计

（一）材料选择

（1）水泥选用建福牌32.5普通硅酸盐水泥;粗骨料采用破碎卵石。粒径1～4cm，含泥量小于1 %;细骨料采用中砂，含泥量小于3%.

（2）采用“双掺”技术，即在砼中掺加TW-4高效缓凝减水剂，掺量为水泥用量的1.8%;掺永安火电厂的优质粉煤灰替代部分水泥用量，掺量为水泥用量的20%。“双掺”技术可减少水泥用量，降低水化热，提高砼可泵性，同时使砼初凝时间延缓至6小时，大大减少在大体积砼浇捣时出现冷缝的可能性。

（3）选用AEA型膨胀剂，补偿砼收缩，提高砼的抗拉强度，改善砼自身的各项性能。

（二）施工配合比（见表1）

表1  砼配合比

水泥

水

碎卵石

中砂

TW-4

AEA

粉煤灰

试验配合比

1

0.37

3.17

1.71

0.0018

0.12

0.2

每m3用量（kg）

369

137

1170

631

0.66

44

74

注：坍落度为120～150mm，抗渗等级为S8。

三、底板防水施工的处理

设计要求底板防水层采用SBS高聚物改性沥青防水卷材，防水保护层为40mm厚细石砼。施工时采用外防外贴法，在底板钢筋绑扎前将防水层施工完毕。底板面的细石砼保护层按6mx6m设分隔缝，缝宽20mm，嵌填柔性材料;底板侧壁采用聚乙烯泡沫塑料作保护层。通过上述处理，充分利用了防水卷材柔性材料的特性，改善了底板大体积砼的边界约束条件，减少了边界约束应力，对防止大体积砼贯穿裂缝的出现非常有利。

四、混凝土的浇捣

（一）浇筑方法

采用“斜面分层、薄层浇筑、循序退打，一次到顶”连续施工的方法，在基坑东岸布置2台泵，每个泵负责一半宽度范围的浇筑带，两个浇筑带结合部位加强振捣，严防漏振。浇捣顺序为从西向东（见图1）

图1  浇捣方向示意图

（二）砼的振捣

砼泵送时自然形成的流淌斜坡度为1：6左右，在每条浇筑带前、中、各后布置3道振动器，第1道布置在砼卸料点、负责出管砼的振捣，使之顺利通过面筋流入底层;第2道设置在砼的中间部位，负责斜面砼的密实;第3道设置在坡脚及底层钢筋处，负责砼流入下层钢筋底部，确保下层钢筋砼的振捣密实。严格控制振动棒移动的距离、插入探度、振捣时间，避免浇筑带交接处的漏振。

（三）冷缝控制及二次振捣

為保证分层浇捣时上下层砼的结合，避免施工中冷缝的出现，上层砼必须在下层砼浇捣后2小时内将其覆盖。根据每泵砼泵送量为25～30m3/h，施工前可计算出分层厚度在300～500mm之间，实际施工中通过控制分层厚度保证覆盖时间。

二次振捣可消除砼因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，防止因砼沉落而产生的表面收缩裂缝;同时二次振捣可增加砼的密实度、提高砼的抗拉强度。因此施工中在上下层砼结合时，要求振动棒伸入下层砼300～500mm，对下层砼进行二次振捣。这样既避免施工中冷缝的出现，保证下层砼结合密实，又达到二次振捣的目的，提高了砼的质量。

（四）泌水处理

在坑基内东侧设两个50x50x50cm的积水坑，砼垫层施工时表面处理为自西向东的坡度。砼在浇筑过程中，上涌的泌水和浆水顺着砼坡脚流淌到坑底，再顺垫层坡度流人积水坑，通过水泵排放到基坑外，当砼的坡脚接近基坑东面侧壁时，改变砼的浇筑方向，即由顶端往回浇筑，与斜坡面形成一个积水潭，用软管及时排除最后的泌水。

（五）表面处理

泵送砼流动性大，表面水泥浆较厚，故在砼浇筑后至初凝前，应按初步标高进行拍打振实后用长木尺抹平，赶走表面泌水，初凝后至终凝前进行二次抹压，使用木抹子将面层小凹坑、气泡眼、砂眼和脚印等压平，使面层达到密实，减少因砼收水硬化而产生的表面裂缝。

（六）砼试块的留置

砼浇捣过程中除按规范规定留置标养试块和抗渗试块外，还留置了15组同条件养护试块，将其置于保温材料下与大体积砼同条件养护，用以确定大体积砼降温阶段实际强度增长情况。

五、混凝土保温养护期间的温度裂缝控制技术

（一）测温监控技术

施工中我们与建筑质量监督检测中心合作，对大体积砼进行测温监控。现场选择有代表性位置，共垂直埋设13根测杆，其中两根测杆布置在电梯井坑处（厚3.6m，3.2m），其余均布置在厚1.5m处，电梯井坑处测杆设5个测点，其余测杆设3个测点，同时在砼外部设置气温测点2个，保温材料温度测点2个及养护水温度测点1个，总计48个工作测点。所有工作测点都通过热电偶补偿导线与设置在测试房的微机数据采集仪相连接。现场温度监测数据由数据采集仪自动采集并进行整理分析，每小时打印输出一次各个测点的温度值及各测位中心侧点与面层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，防止砼出现温度裂缝。

（二）保温养护措施

经计算，保温材料采用二层塑料薄膜，二层草袋。浇捣到位的砼终凝后，先在其表面铺一层塑料薄膜，然后覆盖二层麻袋，上面再铺一层塑料薄膜保温，以提高面层砼的温度，减小砼结构的内表温差。同时视需要在底板砼表面浇水，使砼始终保持在湿养护状态。在养护后期，视测温监控数据及温度应力的计算情况加以调整保温层厚度。

（三）表面温度裂缝控制技术

在大体积砼测温监控期间，密切关注砼的内表温度差，在养护初期，由于砼抗拉强度较低，此时控制砼内表温差在25oC以内;在养护中后期，随着砼强度的明显提高，此时将砼内表温差控制指标放宽到30oC。

现场准备20盏碘钨灯，一旦内表温差超过允许值，则用碘钨灯加热砼表面，减小内表温差。实际施工时，砼内表温差均控制在允许范围内（见图2），故该应急措施未予采用。

图2  大体积混凝土温度曲线

（四）贯穿裂缝的控制措施

大体积砼在浇筑后数天开始逐渐降温，这个降温差引起的变形加上砼多余水分蒸发时引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束时引起抗拉应力，当抗拉应力超过砼抗拉强度时，砼整个截面就会产生贯穿裂缝。从控制裂缝的观点来讲表面裂缝危害较小，而贯穿裂缝则会影响结构的整体性、耐久性和防水性，影响正常使用。所以应尽最大努力，采取措施避免表面裂缝并坚决控制贯穿裂缝。

（1）控制贯穿裂缝的理论依据

根据王铁梦著《工程结构裂缝控制》（以下简称《工程》）中有关内容，大体积砼贯穿裂缝控制可采用抗裂安全度公式：

t——各龄期混凝土温度应力

Fct——各龄期混凝土抗拉强度设计值

大体积砼各龄期的温度收缩应力计算可采用下式

——各龄期混凝土温度收缩应力

t——混凝土的线膨胀系数（一般取1.0x10-5）

——泊桑比，取0.15

——各齡期混凝土水化热、气温差及收缩当量温差

Ei（1）——各龄期混凝土弹性模量

Hi（t，Ti）——各龄期混凝土应力松弛系数

Ch——双曲余弦函数：

H——大体积混凝土的厚度（取1.5m厚底板计算）

L——大体积混凝土的长度

Cx——地基水平阻力系数

（2）按经验拟定降温曲线

施工前根据《工程》中推荐的经验公式，估算砼的最高温度为59.2oC，再根据《工程》中推荐的经验降温曲线，拟定一条降温曲线（见图2），利用公式（2）计算出各龄期砼的温度收缩应力;由公式Rn=R28xlgn/lg28（R28取30MPa）计算各龄期砼抗压强度，并据此推出各龄期砼抗拉强度设计值。经计算，各龄期砼的、fct满足公式（1）的要求，说明施工中按该条件降温曲线控制大体积砼的降温速率能保证大体积砼不出现贯穿裂缝。

（3）实际施工时抗裂安全度验算及降温曲线的调整

测温监控数据显示，大体积砼在浇捣3d后达到放热高峰，此时砼中心温度达到最大值62℃，与原估计值基本接近。

在大體积砼降温阶段，砼的实际降温曲线（图2）无法与原计划的降温曲线重合，因此施工时根据测温监控的实测值，利用公式（2）计算出每个龄期砼的实际温度收缩应力;同时利用降温阶段各龄期同条件养护试块的试压结果推断出的各龄期的砼抗拉强度值，用公式（1）验算各龄期大休积砼的抗裂安全度，并根据验算结果调整砼的降温速率。由于实际砼各龄期抗拉强度均超过原估计值，故实际施工时对降温速率加以调整。将原定的15d保温养护期缩短为12d，同时继续浇水养护至14d，由图3可以看出，在保温养护的12d内，各龄期砼的温度应力与实际抗拉强度均满足公式（1）的要求。

图3  大体积混凝土强度曲线

（4）温度裂缝控制效果

通过信息化施工手段，在确保大体积砼不出现温度裂缝的前提下，合理控制砼的降温速率。保温养护5d后掀掉一层草袋，保温养护后期，在白天温度较高时掀开保温层，加速降温。保温养护12d后砼面层温度与当天大气平均温度相差3℃，中心温度与面层温度相差7℃，自西向东拆除保温层。监测后经现场检查，大体积砼未见温度变形裂缝，砼质量良好，由于测温养护时间缩短，大大节省养护费用，加快了工程进度。

六、几点体会

（一）重视对贯穿裂缝的控制

当前大部分施工单位在大体积砼施工时，对测温监控所提供的数据只是简单注意到各测位中心测点与面层测点的温差值，控制大体积砼的内表温差不超过规范允许的25℃，这仅仅是控制大休积砼表面裂缝的一个手段，而危害性更大的贯穿裂缝的控制往往被忽略掉了。施工单位在大体积砼保温养护阶段更应注意利用测温监控所取得实时数据，控制大体积砼的降温速率，最终控制大体积砼的贯穿裂缝。

（二）重视实际监测结果及现场试验数据的分析

施工前经计算得出的大体积砼的最高温度及保温层厚度仅供参考。实际施工时应以测温监控所取得的数据，以及大体积砼的实际强度增长情况，通过计算比较，适时调整保温层的厚度，合理控制降温速率，在确保大体积砼施工质量的前提下，缩短养护周期，降低养护费用。

（三）重视单位水泥用量的控制

该大体积砼浇捣时留置的标养试块28d抗压强度平均值为38.7MPa，从这一点以及同条件试块试压结果来看，该大体积砼试配强度大大高于设计要求的30MPa。这不仅造成材料上的浪费，而且单位水泥用量的增加导致砼水化热增加，使保温养护的成本及时间都大大增加。因此，必须尽可能降低单位砼的水泥用量。可以从两方面降低单位砼的水泥用量：（1）砼配合比由技术管理好、生产稳定的供应商提供，根据近期生产的砼强度的数理统计结果，降低砼试配时的强度标准差取值，从而合理降低试配强度，减少水泥用量。（2）在征得设计单位同意下，可采用砼60d强度代替28d强度作为设计强度。

大体积混凝土施工裂缝是可以通过各种控制措施进行控制，只要采取合理的控制措施，在保证工程质量的前提下也降低了投资成本，取得良好的社会经济效益。