浅谈大体积混凝土施工质量控制

梁昌聪

摘 要：本文以海口国瑞大厦A、B两座基础底板为例，从大体积混凝土的定义、质量通病、原材料准备、配比设计、施工工艺、温控措施、养护方法几个方面简单讨论了大体积混凝土施工的质量控制。

关键词：大体积混凝土；裂缝；温控措施。

1 前言

由于经济建设规模的迅速扩大，建筑结构向高、大、深和复杂的方向发展。因此时常涉及到大体积混凝土施工，如工业建设中的大型设备基础；大型构筑物的基础；高层、超高层和特殊功能建筑的箱型基础及转换层；有较高承载力的大承台、水利大坝等。这些部位整体质量要求高，质量的好坏直接影响到结构的安全使用，因此全面的质量控制就显得至关重要。工程实践证明，大体积混凝土施工难度比较大， 混凝土产生裂缝及质量通病的机率较多，为了降低经济损失，我们要减少和控制裂缝及质量通病的出现。

2 大体积混凝土的定义及质量通病

1、大体积混凝土的定义

美国混凝土协会ACI对大体积混凝土的定义为：体积大到必须对水泥的水化热及其带来的相应体积变化采取措施，才能尽量减少开裂的一类混凝土。

日本建筑学会标准JASS5规定：结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起的内外最大温差预计超过25℃这样的混凝土，称为大体积混凝土。

我国行业规范《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）中认为混凝土结构物实体几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，就称之为大体积混凝土。

虽然关于大体积的定义不尽相同，但基本上都是从混凝土的尺寸和温差两个方面描述的，因此大体积混凝土可以理解为：结构尺寸大到必须采取相应的技术措施，妥善处理内外温度差值，从而合理解决温度应力，并对裂缝进行控制的混凝土。

大体积混凝土与普通混凝土的区别从表面上看是在于“大”，尺寸超过一定范围；但实质的区别是由于混凝土中水泥水化产生大量热量，而由于尺寸大造成混凝土热量不如表层散发得快，从而造成内外温差过大，由此产生的温度应力造成混凝土开裂。

2、质量通病

大体积混凝土具有结构体积大、承受荷载大、水泥水化热大、内部受力相对复杂等结构特点。在施工上，结构整体性要求高，一般要求整体浇筑，不留施工缝。这些特点的存在，导致在工程实践中，大体积混凝土出现其特有的质量通病，常有以下几种类型：

（1）施工冷缝：因大体积混凝土的混凝土浇筑量大，在分层浇筑中，前后分层没有控制在混凝土的初凝之前；混凝土供应不足或遇到停水、停电及其它恶劣气候等因素的影响，致使混凝土不能连续浇筑而出现冷缝。

（2）泌水现象：上、下浇筑层施工间隔时间较长，各分层之间产生泌水层，它将导致混凝土强度降低、脱皮、起砂等不良后果。

（3）混凝土表面水泥浆过厚。因大体积混凝土的量大，且多数是用泵送施工，因此在混凝土表面的水泥浆会产生过厚现象。

（4）温度裂缝：大体积混凝土在浇筑初期，由于水化热大量产生，混凝土的温度急剧上升。其表面的散热条件较好，温度上升较少；而内部散热条件较差，温度上升较多，从而形成从表面到里的温度梯度，使混凝土内部产生压应力，而外部产生拉应力。当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面首先产生裂缝，这种裂缝称为表面裂缝，其危害性一般较小。这种表面裂缝在混凝土收缩时会产生应力集中现象，促使裂缝进一步扩展。表面裂缝扩展的原因，一方面是由于内外温差产生了应力和应变；另一方面是结构的外约束和混凝土内各质点的约束阻止了这种应变，从而使温度应力超过混凝土的极限抗拉強度，产生不同程度的裂缝。在浇筑初期，混凝土处于升温阶段和塑性状态，弹性模量很小，温度应力引起的变形也很小；混凝土在浇筑一定时间后，水化热释放的高峰已过，混凝土从最高温度开始逐渐降温，降温的结构引起混凝土收缩，再加上水分蒸发引起的收缩，而地基和结构边界条件的约束使之不能自由变形，从而使混凝土处于大面积拉应力状态，这种区域如果存在表面裂缝，则极有可能发展成深层裂缝，甚至存在整个截面上的拉应力，当该拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土产生整个截面上的贯穿裂缝。贯穿裂缝切断了结构断面，破坏结构的整体性和稳定性，其危害最严重。在工程中是不允许产生的。

3、温控指标

在大体积混凝土施工常见的质量通病中影响最为严重的是温度裂缝。控制混凝土的内外温差是大体积混凝土施工的关键。因此在《大体积混凝土施工规范》中规定大体积混凝土浇筑的温控指标宜符合下列规定：

（1）混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于50℃。

（2）混凝土浇筑体的里表温差不宜大于25℃。

（3）混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃/d。

（4）混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。

下面结合海口国瑞大厦工程A、B两座基础底板的混凝土浇筑浅谈关于大体积混凝土浇筑质量的控制要点。

3 工程概况及工程特点

国瑞大厦位于位于海南省海口市CBD中心，项目总占地面积为26909.08㎡，地上为A、B座两个相对独立的结构单元；地下三层纯地下室整体相连，外轮廓尺寸189 ×123米，未设永久伸缩缝、防震缝和沉降缝。

A座为办公楼，桩筏基础，钢筋混凝土框架—核心筒结构，地下3层，地上30层，高115.8米；B座为酒店，桩筏基础，型钢筋混凝土框架—钢筋混凝土筒体，地下3层，地上40层，高149.8米。纯地下室，梁筏基础，框架结构。

大体积底板状况：A座区域基础底板长56.8米，宽38.3米，厚2.4米，预算混凝土方量5500m3；B座区域基础底板长66.6米，宽45.2米，厚2.7米，预算混凝土方量8500m3；设计混凝土等级C40P8。

4混凝土原材料的选择

1、水泥：选用海南华盛天涯PO 42.5水泥，日产量2万吨，质量稳定。

2、河砂：选用南渡江的中粗砂，细度模数在2.6～3.0，含泥量≤2.0%。

3、石子：选用连续级配5～31.5mm的玄武岩，含泥量<1.0%，针片状颗粒含量<5.0%。

4、粉煤灰：选用Ⅱ级粉煤灰，细度≤25%，需水量比≤105%。

5、矿粉：选用优质S95级矿粉，流动度比≥95%，28d活性指数≥95%。

6、外加剂：选用西卡公司生产的聚羧酸缓凝高效减水剂。

5 混凝土配合比的确定

工程要求施工方式为泵送施工，坍落度（160±20mm），为保证混凝土的抗裂及抗渗性能，在保证正常浇筑的情况下，坍落度应该尽量控制在下限；混凝土采用60d强度作为混凝土配合比设计、混凝土强度评定及工程验收的依据。根据此工程的特性，按照大体积混凝土的设计规范来设计配合比，采用双掺掺合料降低混凝土的水化热。

根据强度及水化热计算确定配合比：水泥：矿粉：粉煤灰：砂：碎石：水：外加剂=1：0.4：0.28：3.02：4.12：0.66：0.0276。

由于5月份海口温度较高，混凝土出机温度在30℃左右，计算出此配合比中心温度最高可达79.4℃，根据温控指标混凝土表面温度应控制在60℃左右。

6 混凝土施工浇筑

1、浇筑方式：根据结构物的大小、钢筋的疏密程度、混凝土供应条件等具体情况，混凝土浇筑可采用全面分层浇筑和分段分层浇筑及斜面分层浇筑三种。本工程A、B座两个底板均选用4台泵车，采用斜面分层浇筑，斜面分层浇筑适用于结构的长度超过厚度的三倍的浇筑层，振捣工作从浇筑层的下端开始，逐渐上移，此时向前推进的浇筑混凝土摊铺坡度应小于1：3，以保证分层混凝土之间的施工质量。混凝土浇筑时的分层厚度应不超过振动捧长度的1.25倍，在振捣上一层时，应入下一层混凝上内约5cm，以消除两层之间的接缝，一般在大体积混凝土工程中，分层厚度可定为40～60cm，数量较少的混凝土工程中分层厚度可取25～35cm。

2、振捣工艺：为确保混凝土的均匀和密实，提高混凝土的抗压强度，要求操作人员加强混凝土的振捣，插点均匀排列，按顺序振实不得遗漏，振捣期间距宜取300mm，时间15-30秒为宜，不宜过振，以表面呈现浮浆，平整和不在沉落为准，为了能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，尚须进行二次振捣以提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现裂缝，增加混凝土的密实度，使混凝土的抗压强度提高，从而提高混凝土的抗裂性，一般间隔20-30分钟进行二次复振，或者是在混凝土经振捣后尚能恢复塑性状态的时间。

3、泌水处理与表面处理：由于大体积混凝土浇筑时泌水较多，上涌的泌水和浮浆顺混凝土斜面下流到坑底，再到集水井，然后通过集水井内的潜水泵排出基坑外；待混凝土浇至标高时，由于大体积泵送混凝土表面水泥浆较厚，要求施工方用木抹子抹平，防止表面微小裂缝产生，在初凝前进行二次抹面处理，使用机械或木抹子抹压，必要时在终凝前1～2h在进行多次抹压，这样有效的控制混凝土表面龟裂，增加防水抗裂效果。

7 混凝土的养护及温控

对于控制大体积混凝土的工程质量，养护是十分关键的工作。一般在浇筑完毕后12～18h内立即开始养护，连续养护时间不少于28d或设计龄期。养护工作不仅要满足强度增长的需要，还要控制温度防止因温度变形引起混凝土的开裂。养护主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内表温差，促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展，养护时应根据当时气候条件采取相应的措施，测定浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温差控制在设计要求的范围内。

大体积混凝土养护时的温度控制一般有降温法和保溫法。降温法是在混凝土浇筑完成后，通过预埋的冷却水管，降低浇筑物的内部温度从而控制混凝土内外温差。保温法是混凝土浇筑完成后，通过保温材料覆盖、加热、蓄存热水等方法，提高混凝土表面及四周散热面的温度从而控制混凝土内外温差。两种法方结合使用效果更好。

本工程采用的是保温法，采用塑料薄膜和麻袋覆盖以及蓄热水保温。在最后一次抹压完成后，立即覆盖塑料薄膜，避免水分散失，以及雨水直接冲刷降低表面温度。并覆盖麻袋保温，覆盖的厚度及层数视施工温度和测温记录确定。模板预留高出浇筑面5cm，进行蓄热水养护。当混凝土中心温度与表面温度差小于20℃，且表面温度与大气温度小于20℃，逐渐拆除保温层。

8 工程浇筑结果

本工程A、B座两个底板使用相同的浇筑工艺和养护方法。

A座底板：2013年5月23日晚上8点开始浇筑，5月25日中午11点完成浇筑，5月27日凌晨1点混凝土中心温度最高，用预埋的传感器测得中心最高温度达69.7℃，内外温差最大为18℃，现场留置试块28d抗压强度平均值为46.7MPa，60d抗压强度平均值53.7MPa，经各方检查，均未发现可见裂缝。

B座底板：2013年7月9日早上10点开始浇筑，7月12日早上7点完成浇筑，7月13日22点混凝土中心温度最高，用预埋的传感器测得中心最高温度达74.6℃，内外温差最大为21℃，现场留置试块28d抗压强度平均值为44.8MPa，60d抗压强度平均值54.6MPa，经各方检查，均未发现可见裂缝。

9 结束语

由于自身实践知识相对缺乏，以上见解仍有很大一部分停留在理论层面，但在实践中的应用效果还是比较好的。实践证明， 在大体积混凝土的施工中， 针对裂缝、质量通病的防治， 应从配合比设计、原材料、施工、养护和环境等多方面控制。减小约束应力、减小混凝土内外温差、加强养护是关键， 坚持严谨的施工组织管理，才能最大限度的消除和减少质量通病的产生，使大体积混凝土的质量得到有效的保证。

参考文献

1、《大体积混凝土施工规范》（GB 50496-2009）

2、《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）

3、《混凝土工程与技术》主编：文梓芸、钱春香、杨长辉（武汉理工大学出版社）