探析房屋建筑工程大体积混凝土结构的施工技术

李育根

中电建建筑集团有限公司 北京 100120

大体积混凝土的特点是体积大，即使最小的尺寸也有1m，虽然具备很多施工优势，但由于结构厚实、表面系数较小，水化热释放比较集中，极其容易受水泥水化热影响产生温度变形，或因内外温差和自身收缩产生危害性裂缝。裂缝问题严重影响了房屋建筑的整体性和使用功能。如果没有采取合理的措施对大体积混凝土施工进行控制，将会给房屋建筑工程带来极大的质量损害，即大体积混凝土的施工技术要点就在于对裂缝的控制。

1 大体积混凝土定义与特点

1.1 大体积混凝土结构定义

在房屋建筑结构施工中主要采用钢筋混凝土与混凝土作为其材料，随着高层建筑规模的扩大，在高层房屋建筑或超高层建筑中都普遍采用大体积混凝土结构。但目前业界对于大体积混凝土定义并无统一规定，美国ACI认为，大体积混凝土浇筑中需要采取一定的控制措施，来解决因水化热导致体积变形问题，减少混凝土开裂。而日本JASSS则认为，大体积混凝土结构最小断面尺寸应超过80cm，因水化热导致混凝土内部与表层温度差超过25℃。在符合上述条件者则为大体积混凝土[1]。

1.2 大体积混凝土结构特点

（1）混凝土材质自身性质为脆性，从而决定其抗拉强度与拉伸变形能力小，在大体积混凝土结构中自身的断面大，水泥用量多，在混凝土浇筑完成后，水泥熟化会释放大量水化热，但在大体积混凝土内部散热条件有限，使混凝土结构内部温度快速升高，从而在混凝土内部蓄积大量热量，使混凝土内部温度与表层温度超过25℃，这时混凝土体积会产生变化，即产生温度变形。另外混凝土的弹性模量小，徐变大，随着混凝土温度变形，升温产生压应力较小，但混凝土温度在降低的过程中，其弹性模量会随之增加，徐变小，在一定条件下混凝土不能产生自由伸缩，从而导致混凝土拉应力增加，在大体积混凝土底部会产生收缩，产生较大拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度的情况下，使混凝土产生开裂，抗拉强度降低，出现混凝土渗漏[2]。

（2）在高层房屋建筑基础工程施工中广泛应用大体积混凝土，对于混凝土强度等级要求较高，在建筑基坑内采用大体积混凝土结构，由于混凝土内部散热慢，内部基础复杂，钢筋直径大，配筋量多，混凝土和变形模量相差大，在混凝土收缩时容易使钢筋表面出现辐射性裂缝。

（3）混凝土材料主要是由骨料、水泥石和水分等所组成，因其自身组成成分特性，混凝土是一种非均质材料，当外部温度与湿度等条件的变化下，混凝土发生硬化，使混凝土结构产生不均匀体积变形问题，这种情况通常是由于水泥石收缩大，骨料收缩小，或者是水泥石热膨胀系数大，骨料热膨胀系数小等原因所造成，在体积变形过程中混凝土各个组成成分之间会产生约束应力，从而造成水泥石产生微裂现象。

（4）在大体积混凝土结构设计中，由于结构构件断面尺寸和自身受力大小会存在一定差异，从而使构件配筋量与刚度产生差异，导致混凝土内部温度应力差异产生，在各个构件差异处导致大体积混凝土结构断裂。

（5）在大体积混凝土结构中产生水化热，从而产生温度应力，在长期内会直接作用于混凝土结构，在大体积混凝土结构上部结构荷载产生应力，从而增加了混凝土拉应力，产生应力裂缝[3]。

2 大体积混凝土的主要构造原则

2.1 保湿性原则

应用大体积混凝土施工技术需要重视三方面：a.在混凝土凝固过程中，会有较多热量在水泥水化的情况下散发出来，而混凝土外部与内部会因大体积混凝土较为厚实的特点产生温差，为了解决这个问题，要做好混凝土浇筑速度的控制工作。b.必须要重视材料的选择，严格谨慎地挑选材料，其中最关键的是水泥主材的选择。c.控温手段会因不同的构建模板产生差异，所以要尽可能与实际情况相结合选择构建模板[4]。

2.2 材料配比合理性原则

在进行房屋建筑施工时要做好材料配比的计算工作，适配次数要尽可能增加，确保混凝土能够合理配比。尤其要重视水泥的合理配比，因为水泥水化会散发较多热量，选择一个比较合适范围的水灰比，使混凝土散热尽可能减少，还可以减少混凝土开裂。

3 房屋建筑工程大体积混凝土施工质量问题

3.1 施工耗材较多

在进行大体积混凝土施工的过程中，使用到的混凝土的用量远远高于一般混凝土工程的量。因此在进行大体积混凝土施工之前，要做好完善的工程预算工作。如果施工之前的预算不到位，很可能出现施工过程中材料供应不足的问题，特别是在搅拌和运输的过程中，如果预算出现偏差，极有可能导致材料不能协调。大体积混凝土施工不同于小体积混凝土施工，大体积混凝土施工的土方用量较大，施工过程中若材料来不及供应将导致施工的中断，施工不连续的最终后果是施工后期出现混凝土裂缝。因此大体积混凝土施工时候，做好预算工作是十分重要的。

3.2 预应力的控制

在大体积混凝土施工过程中，工程预应力的变化相对复杂。一般情况下，大体积混凝土内部的预应力还是比较稳定的，大体积混凝土预应力稳定也是其相对于小体积混凝土的优势之一，但在实际施工的过程中，工程受到的预应力的趋势会有很大的不确定性，这样的不确定性就给施工带来了很大的困难，如果大体积混凝土的重心出现偏移，很可能导致整个结构体系的受力变换。因此在大体积混凝土施工的环节中，控制好预应力也是工程的一大重点和难点[5]。

3.3 施工参数的设定

大体积混凝土施工过程中的另一个技术难点在于工程参数的设定，由于大体积混凝土体积较大，其厚度和尺寸与普通混凝土都有很大差异，因此施工尺寸要控制在误差范围内，同时混凝土的强度系数和级配系数也是很重要的参数，要按照工程要求控制好。有些施工人员施工前不制定合理的参数，而是按照惯例来施工，这样的施工方式可以应用于小体积混凝土工程中，因为小体积混凝土预留了施工缝，个别混凝土的尺寸出现偏差不会对工程总体造成很大的影响。但是大体积混凝土不同，如果施工之前按照惯例制定参数，混凝土尺寸很小的偏差都可能对工程总体造成很大的印象，从而导致工程受力不均匀。因此在进行大体积混凝土施工之前，要严格制定好施工参数，做好尺寸的校对工作。

3.4 施工过程中温度的控制

大体积混凝土施工过程中对温度的控制直接决定了施工的成败，是整个工程技术的核心。大体积混凝土施工过程中，有大量的原材料参与到搅拌等一系列的施工过程中，发生一系列的化学反应而导致混凝土快速变热。混凝土的内部温度在这一过程中，若温度超过临界值，就很容易影响到工程的质量，这些过高的温度将导致混凝土内部温度急剧升高，从而发生膨胀。在混凝土膨胀过程中，内部预应力会发生改变，预应力的不规则变化将导致混凝土内部拉力不断升高，从而导致混凝土出现裂缝。另外，在混凝土浇筑施工完成之后，温度将会逐渐冷却，在温度冷却的过程中，很可能出现收缩性的裂缝，因此在混凝土凝固过程中的温度控制也是十分重要的，只有控制好这一时期的温度，才能有效预防施工裂缝的产生。

4 房屋建筑大体积混凝土施工技术应用要点和具体应用

4.1 房屋建筑大体积混凝土施工技术应用要点

房屋建筑大体积混凝土施工技术的实际应用当中，要注重要点的把握，施工中按照保温的原则，混凝土固后内部热量不能有效发散，从而就会造成内外部温差大造成裂缝，所以在施工中就要在材料的质量上得以保障，混凝土浇筑的速度合理控制，构件模板不同在温度控制的手段也是不同的，结合实际施工情况选择合适的温度控制方法。在材料的配合比的控制环节要加强重视，材料配合比要进行精确的计算，增加适配次数保障其配比合理化。房屋建筑大体积混凝土施工如果是遇到天气比较寒冷的季节，就要注重对混凝土加热处理，室外温度低于五摄氏度就要进行搭建暖棚，对钢筋保温以及混凝土加热处理，从而保障大体积混凝土施工的质量。大体积混凝土施工养护环节也是比较重要的，在这一施工过程中，就要充分注重选择科学的养护方式，养护工作执行人员要严格按照要求，树立责任观，做好养护的每个工作内容。

4.2 房屋建筑大体积混凝土施工技术应用

（1）施工材料的选择。在大体积混凝土施工之前，施工单位要先对材料消耗的预算有把握，做好材料的准备工作。施工之前，物料员要对不同强度的混凝土进行分类，并做好混凝土需求量的初步预算工作。配比的方式要使用马歇尔体系的级配系数，并根据施工的具体情况进行调整。大体积混凝土的施工材料的选择要格外注意，要按照大体积混凝土施工标准进行选材，重点关注能够降低混凝土水热化的材料，并将其合理应用。在保证混凝土强度的前提下，水泥的含量比例越低越好，因为水泥会导致水热化现象，降低水泥配比则能降低水热化的温度。在混凝土材料中，可以加入一定的化学药剂来提高大体积混凝土的施工质量，例如在混凝土中加入一定比例的煤灰能够延缓混凝土凝固的时间，使凝固的时间变长，从而避免因为混凝土的快速凝固而导致温度快速升高，从而降低了温度的最高值。同时，还应该控制好混凝土中骨料的比例，一般情况下混凝土中的骨料比例为80%。在选择骨料原材料时，要选择质量优良的材料施工，这样才能保证混凝土的施工质量。

（2）大体积混凝土配合比设计。科学合理的混凝土配合比也是保障施工质量的关键所在，混凝土的配合比包括水泥用量、掺合料、外加剂和沙骨料等材料的配比。对水泥进行选择，需要从其质量稳定性进行入手，从而保证其能够将混凝土的抗裂性能进行改善和增强，并选择C3A含量较低的材料。细骨料也是大体积混凝土施工中的重要内容，其选择应该选择级配较好的中砂，应选用缓凝性的高效减水剂。对大体积混凝土展开配合比设计工作，需要保证其能够符合实际的工程需要，加强其稳定性，抗渗性和耐久性等，并能够从大体积混凝土施工工艺的特性进行出发，保证配合比的合理性和有效性，能够将混凝土的绝热温升值原则进行严格遵守。

（3）混凝土的浇筑技术要点。混凝土浇筑主要有两种浇筑方式，即分层连续浇筑，以及推移式连续浇筑，在浇筑中应明确混凝土摊铺厚度，根据振捣器作用深度与和易性来明确，在泵送混凝土时应确保混凝土摊铺厚度应在600mm以内，在采用非泵送混凝土时，其摊铺厚度控制在400mm内。不论采用哪种混凝土浇筑方式，层间间隔时间应尽量在混凝土初凝前，时间缩短，对次层混凝土进行浇筑，层间最长时间间隔应不超过混凝土初凝时间。对于浇筑面积大，浇筑能力不足与连续浇筑层厚度不超过3m的混凝土结构工程施工中，建议采用推移式连续浇筑施工方式。而分层浇筑施工是大体积混凝土结构施工中常用的一种方法，这种浇筑方式便于振捣，有利于保证混凝土浇筑质量，可利用混凝土层面散热，有利于降低大体积混凝土浇筑块温升。在混凝土浇筑中还普遍存在泌水现象，为确保混凝土浇筑质量，应对混凝土表面泌水进行及时清除，通常泵送混凝土水灰比较大，也存在有严重泌水现象，如不及时清除则会对混凝土质量产生影响。此外，在混凝土浇筑完成后，应根据温控技术措施对其进行养护，使混凝土浇筑块体内外温满足温控指标要求，在混凝土养护中应保持表面湿润。降低混凝土浇筑体块降温速度，利用混凝土抗拉强度，提高其抗裂能力，防止产生温度裂缝。在混凝土浇筑5h内表面会出现塑性裂缝，可以采用二次浇灌层和二次压光处理，在浇筑后可以对混凝土表面采用草袋锯末和塑料薄膜覆盖，在寒冷季节可以设置挡风保温棚。

（4）大体积混凝土结构的振捣。只有确保混凝土结构的科学配比搅拌，才可以保证混凝土质量合格，之后再顺利地完成浇筑作业，还需配合科学的振捣。通常情况下振捣可以分为机械振捣与人工振捣，相比之下机械振捣的应用范围更加广泛，人工振捣主要涉及边角部位或者机械振捣难以施展的地方。在振捣过程中，需要控制振捣频率、速度与振捣时间，能够使混凝土拌合料颗粒之间达到一种平衡状态，使拌合料颗粒充足达到密实，过程中所产生的液化在自重作用下经过挤压上升到表面，直至无气泡出现才能停止振捣，从而满足混凝土振捣要求。另外，振捣过程中需要注意：振捣过程必须保持均匀，在上下抽动振捣棒的过程中保持50-100mm的距离；还要确保振捣时间的间隔；对混凝土振捣的时候还要确定初凝的情况。

（5）大体积混凝土的养护技术。结束各道工序以后也要继续对大体积混凝土的养护，尤其是在混凝土浇筑工作结束后，要做好洒水、压平覆盖塑料薄膜等工作。同时也要注意环境温度问题，根据天气或温度调整混凝土表面覆盖物。对混凝土展开养护工作，首先需要展开常规养护工作，还需要能够从温控技术措施进行入手，促进养护工作的进一步加强。在实际的工作过程中，其对应的养护时间需要控制在28d内，并需要将保温覆盖层进行逐步拆除。同时，还需要相关人员能够定期的对塑料薄膜进行检查，保证其养护涂层的完整性，促进混凝土表面的浸润性。同时，在开展保温保护工作的过程中，还需要定期展开对混凝土浇筑体的表面温差进行检测，同时监测其降温速率，一但其所对应的值与实际需求不相符合，则需要对其保温养护工作进行有效调整。针对夏家天气较热，进行混凝土施工，需要对其施工的原材料激进型遮盖，减少其受到阳光直射的概率，并将冷却水进行应用实现对混凝土的搅拌过程。必要时也可以在混凝土内埋设冷却管通水冷却。

（6）大体积混凝土的温测技术。由于大体积混凝土施工技术不同于其他技术的优势，在对其施工技术使用的时候，会产生水泥的水化反应，从而产生大量的热能。一旦这些热能在结构中不能挥发出去，就会造成混凝土内外之间的温差逐渐增加，最终产生裂缝问题。因此，要求施工人员根据混凝土的实际情况对其温度进行测量，利用科学的方法，控制混凝土的温度，最终防止裂缝问题的发生。利用专业的温度测量仪器进行实际测量，通过对当前大体积混凝土温测技术研究，较多的采用电阻性温度计，这种温度计具有一定的针对性，工作人员选择合适的测温点与测温线，能够实现更加准确的温度测量。

5 结语

综上所述，中国建筑行业的发展，对大体积混凝土施工技术起到了很大的影响作用。中国的土木工程建设中随着施工技术与管理水平的提高，对新技术的使用逐渐增加。而新技术就需要采取新的管理措施，才可以保证工程的质量与施工顺利。其中，大体积混凝土施工技术在使用的过程中，涉及到的施工就需要工作人员针对每一个环节进行严格的控制，从而保证土木建筑工程的施工质量与后期的使用安全，为城市的发展与社会的稳定奠定坚实的基础。