基于土木工程大体积混凝土施工技术的研究

张耀

（山西三建集团有限公司 山西太原 030024）

1 大体积混凝土温度裂缝成因

相比之下，混凝土抗拉强度较低，一般只占抗压强度的1/10～1/20，因此当其受拉时，极易在细微变形下产生裂缝，一旦混凝土抗拉强度不足以抵抗所受拉力时，便会越过残余变形直接发生脆性断裂。受其自身属性的影响，大体积混凝土所受温度变化影响敏感，实践证明：大体积混凝土结构自身温度每升高1℃，其每米便会膨胀大约0.01mm。混凝土浇筑初期，在其硬化过程中因水化反应会释放出大量热量，并且由于混凝土为热的不良导体，在散热缓慢的情况下，必然会导致其内部温度升高且大于外部温度，进而使混凝土结构因内部受压、外部受拉的温差应力的产生而在表面发生裂缝。随着混凝土强度的逐渐提升，其弹性模量随之增大，其后便会进入降温阶段，此时混凝土会因降温差而发生变形，加之其体积因失水而收缩，以及外部荷载的作用，致使综合产生的拉应力大于混凝土抗拉强度时，表面裂缝则会发育为贯穿性裂缝。

2 大体积混凝土温度应力分析

2.1 浇筑初期

混凝土内部温度因水化热的释放而升高，此时在膨胀作用下使构件内部受压而外部受拉，并且随着龄期的不断增长，该阶段开始至水化热释放结束（持续约30d）混凝土弹性模量会发生急剧变化。

2.2 浇筑中期

混凝土内外温差呈减小趋势，受外界约束其内部受拉而表面受压，叠加早期残余应力后总体温度应力减小。该阶段起始于水化作用结束之时，终止于混凝土温度冷却至稳定，混凝土弹性模量无较大变化。

2.3 浇筑晚期

外界气温变化为产生应力的主要因素，叠加前期残余应力后温度应力基本稳定且表现较低。该阶段混凝土冷却完全，弹性模量呈稳定状态。

3 大体积混凝土施工技术（温控措施）

3.1 材料选择

3.1.1 水泥

选择初凝时间长、水化热低的水泥。水化热作为温度应力产生的主导因素，因此水泥选用应以425R等级的矿渣硅酸盐水泥为首选，其具有硅酸三钙含量少、水化热低、水化速度慢等特点，可以很好的预防混凝土结构温度裂缝的产生。

3.1.2 骨料

由于骨料级配越好，所需胶凝材料用量就会越少，因此便会减少砂的用量，并通过骨料含泥量的控制，可有效降低混凝土的收缩，同时促使极限抗拉强度得到提升。对于骨料含泥量的控制（砂2%，石1%），其作用不仅可以提升混凝土抗压强度，同时还可减少水泥与水的用量。试验结果显示：混凝土配制当用粒径为0.5～4cm连续级配的碎石与细度模数为3.15的中粗砂时，每立方米可减少水泥与水分别为28～35kg和20～25kg的用量。

3.1.3 外加剂

采用外加剂双掺技术。适量粉煤灰的掺加可因水泥用量的减少而降低水化热，其用量需经试验确定，一般不大于30%；缓凝剂的使用不仅可在水化热的释放速率与峰值出现上起到延缓与推迟作用，而且还可减缓混凝土的凝结速率，延长凝结时间，推迟混凝土强度的早期发展，同时对于混合料和易性的改善和水泥与水用量的减少起到促进作用，进而达到降低水化热的目的。

3.2 混凝土施工

3.2.1 混凝土浇筑

（1）去除混凝土表面松动石子、软弱层及浮浆，使粗骨料露出表面均匀；

（2）新浇混凝土实施前，用高压水枪对下层混凝土进行冲洗，确保其表面干净、湿润无污物，但应注意不得有积水；

（3）当为非泵送与流动性较低的混凝土时，应在实施接浆处理后方可进行上层混凝土浇筑任务。

3.2.2 二次振捣

实践证明，对于混凝土极限抗拉强度的提升，通过利用二次振捣法与二次投料水泥裹砂法便可得以实现。二次投料水泥裹砂法即为现将全部水泥、细集料以及三分之一用量的水一次投入拌制（搅拌大约60s）砂浆，完成后再次投入剩余用水与全部粗骨料，经搅拌后制成混凝土。该法可通过改变混凝土内部结构而在一定程度上改善其强度（提高约15%），并在入模过程中可减少离析现象，节约水泥20%左右。

二次振捣即为在混凝土未初凝且未达到振动界限之前实施再次振捣，其可将因泌水在水平钢筋与粗骨料下部生成的空隙与水分进行排除，进而分别提升竖向钢筋与水平钢筋的抗拔力与握裹力，促使水密性增加，将混凝土抗压强度得到提升，从而以对混凝土内部裂缝的抑制而避免其因下沉导致裂缝出现。二次振捣任务实施的关键在于时间控制（一般为浇筑完成后1～3h），该时间以混凝土振捣后塑性状态还可恢复为依据标准，亦称振捣界限，其具体判断一般包括两种方法：①对混凝土插入运转状态的振动棒，其可恢复至塑性状态，当拔出振动棒时，所成空洞能被混凝土自行填满，此时便为实施二次振捣的最佳时间；②利用测定贯入阻力值法。该方法一般为国外常用，即为通过实时测定，在标准贯入阻力值未达到3.5N/mm2时实施二次振捣，此时则不会对已成型的混凝土造成损伤。

3.3 混凝土养护

为防止混凝土表面失水过多并为其早期水化反应提供所需水分，大体积混凝土应在浇筑完成12h内开始进行养护工作，养护方式一般采用覆盖洒水法。此外，对于大体积混凝土内表温差的控制，具体应对温度阶梯与构件尺寸综合考虑后合理确定，通常为不大于25℃，并且核心最高温度不应超过60℃，此时可认为温差应力不会对混凝土结构造成裂缝。基于此，对于大体积混凝土内表温差的控制可从结构内外同时着手，具体可对内部通水（冷却水）循环降温的同时适当提升结构表面温度，以此达到减小内表温差、降低温度应力的目的。具体养护操作时，由于混凝土结构在浇筑完成2d内内部温度上升速率较快，其冷却水循环降温后温度上升明显，因此可利用混凝土结构内部降温循环出来的热水进行外部喷洒养护，以此通过外部温度的提升来有效减小结构内表温差。

4 结语（经验总结）

基于以上论述，本文笔者通过实践经验的总结，以抑制大体积混凝土温度裂缝为目的，建议性提出以下3点措施：

（1）增设防裂钢筋网。在钢筋混凝土结构中，由于钢筋为拉应力的主要承受“部件”，因此可通过增设钢筋网片的形式来改善构件的约束条件，进而提升混凝土结构的抗裂能力。布置方式可以下式（经验公式）为参考：

式中：εPa为配筋后混凝土的极限拉伸；Rf为混凝土设计抗裂强度，MPa；ρ为结构截面配筋率；d为钢筋直径，mm。

分析上式可知，通过细钢筋、小间距的布置方式便可实现混凝土抗裂性能的提升，对于筏板基础而言，在此建议采用φ8～16@100～200的防裂钢筋网片。

（2）适量掺加纤维。混凝土掺入纤维后，其内部会形成数以千万计且呈网状结构的纤维三维，此时当冷缩与干缩现象于混凝土塑性阶段形成时，其表面一旦与网状纤维碰触便会停止扩展，以此对混凝土早期塑性收缩形成抑制作用，使构件整体性得到保障。

（3）设置后浇带。后浇带的主要作用是减小混凝土结构的约束范围，进而实现构件整体性的保护，其在主体混凝土浇筑30d后应采用膨胀性水泥配制的混凝土实施浇筑处理。后浇带间距一般按20～30m布设。