建筑工程大体积混凝土浇筑施工技术分析

林祥武

（福州建工（集团）总公司，福建 福州 350000）

混凝土是建筑结构的主要材料，随着建筑行业的发展，高层建筑、水利工程、公路桥梁等大型建筑工程大范围采用体积庞大的混凝土结构。根据《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018的规定：混凝土结构实体最小几何尺寸大于1米的大体量混凝土结构，其尺寸大小必须采取相应的措施控制温度温差值，解决混凝土结构温差应力造成的裂缝。这种混凝土结构的表面系数比较小，水泥水热化温度应力比较集中，混凝土内部温度升高比较快，混凝土浇筑后形成较大的内外温差和温度应力。因此，大体积混凝土浇筑时，必须控制温度应力，避免混凝土结构产生裂缝。西方发达国家的工业建筑发展的比较早，早在上个世纪三十年代开始关注大体积混凝土裂缝的问题，并研发了低热水泥，降低混凝土结构中的水泥用量，优化混凝土施工工艺，发展大体积混凝土表面保温技术，控制混凝土结构内外温差等技术措施解决大体积混凝土浇筑裂缝问题，取得了一定的效果［1]。我国对大体积混凝土施工技术研究的比较晚，主要集中在大体积混凝土裂缝控制方法和温度应力场的计算方法。为了防止大体积混凝土构件面积太大，让混凝土结构底部或者构件的部分断面收缩应力过大，其应力超过混凝土抗拉强度造成裂缝，大体积混凝土往往采用分段施工方式，分段施工容易造成伸缩裂缝，因此伸缩缝间隙也成为大体积混凝土结构的研究热点［2]。同时，为了解决混凝土温度应力集中的收缩裂缝，建筑行业还加大了混凝土材料性能、大体积混凝土配比以及混凝土浇筑养护等方法的研究，并取得了一定的成效。

1 建筑工程大体积混凝土的施工特点

1）施工工艺复杂，建筑工程大体积混凝土结构大、浇筑量大，对施工工艺要求比较高。由于大体积混凝土施工面积广、人数多，施工环境复杂，施工过程中天气变化都可能影响到施工质量。因此，要严格控制大体积混凝土施工工艺质量。大体积混凝土施工工艺包括前期混凝土配比设计、混凝土搅拌、混凝土运输、混凝土浇筑以及后期的养护等工序，各个工序必须严格按照建筑工程的实际情况进行施工，任何一个环节出现问题，都可能影响到建筑工程大体积混凝土结构施工质量。

2）施工技术要求高，由于大体积混凝土结构的混凝土量大、浇筑面积广，在浇筑过程中，水泥水热化现象造成的温差应力容易导致混凝土裂缝、温差变形，从而影响到混凝土结构的强度和抗拉力［3]。因此，大体积混凝土浇筑过程中，必须采用连续浇筑的方式，并在浇筑过程中对混凝土进行振捣，将混凝土材料的气泡挤出来，减少混凝土材料内部孔隙。混凝土浇筑过后，还要对大体积混凝土结构进行养护，减少温差应力和混凝土收缩裂缝。

3）容易形成裂缝，大体积混凝土结构中的水泥用量比较大，浇筑过程中水泥水热化释放大量的热量，由于大体积混凝土断面比较厚，水泥释放的热量集中在混凝土结构内部不容易散发出去，导致混凝土结构内外温差比较大。受到天气的影响，如果气温骤降，则进一步加剧混凝土结构内外温差。在高温条件下，大体积混凝土的热量不容易散发，大体积混凝土结构内外温差可能超过60℃。混凝土主要由砂石骨料、水泥、水、添加剂等构成，混凝土材料80%的水分受到水泥水热影响会蒸发，混凝土材料中的水分蒸发，导致混凝土体积收缩，造成收缩裂缝［4]。因此，与普通的混凝土结构相比，大体积混凝土结构的裂缝控制要求更高，否则容易出现大范围的混凝土裂缝和结构变形，从而影响到大体积混凝土结构的施工质量。

2 工程概况

某建筑工程为商业建筑，分为A、B两栋，前后两栋建筑间隔距离为9.8米，左右相隔距离为20.8米，总建筑面积为7.8万平方米，一共由26层，其中地下两层，主要作为车库、机电设备房、人防工程和物业管理房，地上裙楼为商业用房，屋檐高度为16.2米，首层高度为5.2米，二层和三层层高为4.8米，二层和三层设置走廊。主楼为公寓酒店，面积为5.0万平方米；地上建筑为24层，标准层高为3.2米，每一栋建筑设置四部电梯，两处疏散楼梯，电缆井和管道井。该商业建筑的底板厚度为800mm，混凝土浇筑面积超过6500立方米，属于大体积混凝土，为了减少大体积混凝土浇筑裂缝，采用分层分段浇筑，每一个分段的工程量相同，基础底板和地下室外墙的基础采用大体积收缩混凝土，其他位置的混凝土为商品混凝土。建筑工程施工现场的抗震烈度为8度，基本风压为0.5kN/m2，基本雪压为0.25kN/m2，施工地区的气候为温带季风气候，夏季炎热、气温比较高，冬季寒冷，气温比较低，昼夜温差比较大，增加了建筑施工难度。由于该建筑基础采用大体积混凝土结构，混凝土浇筑过程中，必须严格控制混凝土结构的温差，确保大体积混凝土结构的施工质量。该工程施工地区位于市中心，交通便利，混凝土浇筑过程中，可以与交通部门进行协调实施交通管制，确保混凝土可以连续浇筑。部分零星位置采用搅拌机配置混凝土进行浇筑，因此还需要配置4台混凝土搅拌机。

3 建筑工程大体积混凝土浇筑施工技术分析

3.1 混凝土配比优化设计

混凝土由砂石、水泥、水、添加剂等材料混合而成，混凝土材料本身是一种非均匀、多孔材料，原材料的质量直接关系到大体积混凝土施工质量。为了确保混凝土结构的质量，此次工程选择的胶凝材料为普通硅酸盐水泥，其中水泥使用水泥的总量占整个混凝土材料质量的10-15%，细度膜数为7.8%，初凝时间为320分钟；砂石骨料是混凝土结构的骨架，起到填充的作用，砂石骨料分为粗骨料和细骨料，粗骨料指卵石和碎石，细骨料指的是天然砂和人工砂。混凝土的和易性、耐久性与混凝土骨料硬度、含水量、含泥量息息相关，所以必须控制混凝土骨料的级配、杂质。混凝土的细骨料必须按照 《建筑工程混凝土施工规范》DL/T5144-2015的要求，细砂模数控制在2.8-2.85之间，含泥量小于3%，不允许骨料中含有泥块。粗骨料的最大粒径小于150mm，含水率小于1%。施工用水为市政公司的自来水，水质基本可以达到国家规定的标准和要求。为了避免大体积混凝土浇筑面积过大，导致混凝土结构裂缝，还需要在混凝土材料中增加添加剂，常见的添加剂有粉煤灰、矿渣、减水剂等，粉煤灰、矿渣可以起到胶凝材料的作用，减少混凝土材料中碱-集料的反应，避免由于施工过程中大体积混凝土温差应力过大，导致混凝土裂缝。粉煤灰和矿渣主要来火电厂，其质量符合国家规定的要求，粉煤灰的碱含量小于2%，烧失量小于3%，氧化钙的含量控制在5%以内。还可以增加一定的减水剂，减水剂可以减少水分的蒸发，减少混凝土材料的收缩裂缝。混凝土材料配比关系到基础工程的强度、耐久性、抗拉强度和施工质量。因此，在施工过程中，必须优化混凝土材料的配比，降低水泥用量和控制大体积混凝土的温差裂缝和变形。结合当地施工气候环境，此次建筑工程的混凝土强度设计为C40，配比强度不能低于设计强度，并考虑到混凝土材料的和易性和坍落度。通过试验，得出两种混凝土配比，并送至实验室进行复查，其检查结果如下：

表1 C40混凝土配比设计试验结果

经过监理工程师和业主单位审核确定，4号混凝土配比作为本工程底板混凝土的配比方案。商品混凝土的配置必须严格按照该配比进行配置，搅拌机配置的混凝土也应按照这个标准进行配置，确保混凝土结构的一致性，以免因为配比不统一，导致混凝土裂缝。

3.2 完善工程的前期准备

施工前期的准备工作关系到施工进度，由于大体积混凝土浇筑施工技术涉及到的施工区域面积广、材料多、人员多，施工前必须做好相应的人力准备、物力准备。施工前，施工单位必须按照业主要求，办理施工许可文件和环评批复，确保工程顺利实施。首先，做好施工人员准备，工程技术负责人做好技术交底工作，组织现场所有的施工人员进行培训，让他们了解建筑工程的设计方案和设计图纸，并向他们讲解大体积混凝土浇筑工艺流程，对大体积混凝土浇筑的重点环节和关键环节进行详细的说明。本项目前期使用商品混凝土，在商混站取样后送有资质的专检机构做材料配合比试验，并核查施工人员是否具备相关岗位资格证，只有具备相关岗位资格证书，才能上岗工作。其次，要做好现场的准备工作，根据地质勘查报告，了解施工现场的地貌地形、地质结构、地下埋设管道管线、道路运输情况、临近建筑以及地下障碍物等，然后按照施工方案进行组织人员施工［6]。施工区域的地下管线、电缆、给排水管道必须详细了解，并上报监理工程师进行处理。地基基础开挖土方除了预留的填埋土方堆放在现场外，其他的全部外运。根据施工需求，安排水、电源，道路，排水、支护结构等各项基础设施。大体积混凝土浇筑过程需要搅拌机、运输车、料斗、串筒、振动器等机械设备。根据本工程的施工方案并结合各个分部分项的施工工序，制定施工机械设备的进出场计划，让各个机械设备有序运行。机械设备运输到现场后，还需要对机械设备的性能进行检查，检查机械设备的各项性能是否正常，各个零部件是否松动，确认正常以后才能进入施工现场。此外，还要做好现场的物资准备。建筑工程大体积混凝土浇筑面积超过了6000立方米，所需的水泥、砂石骨料、粉煤灰的数量比较多，在施工前，必须做好物资的采购，按照施工进度，采购相应的物资。对于原材料必须有出厂合格证，要认真做好检验工作，按规定进行分批验收，并取样送试，检验合格后方可用于工程中。混凝士浇筑前提前需要给搅拌站提供混凝土供应需求，并要求搅拌站做好供应运输准备。水泥受潮容易硬化，水泥运输到现场后，需要进行有效的保管，防止受潮。

3.3 规划具体施工的方案

1）搅拌技术，根据建筑工程施工方案，配置了4台搅拌机，负责生产零星结构混凝土。大部分的混凝土采用商品混凝土，确保混凝土质量稳定。小量零星混凝土按照商品混凝土的配比进行配置，采用同一种型号的水泥、同等级的砂石骨料和添加剂。混凝土搅拌前，搅拌站工作人员必须检查现场的砂石含水率、粉煤灰、减水剂是否施工要求，并根据检测结果、施工环境以及工作性能及时调整设计配比，让混凝土的配比和水灰比符合设计要求。搅拌机正式开始工作前，需要加水空转5-10分钟，然后将水放干净，可以将搅拌机内的灰尘和杂质排出去，以免影响到混凝土的质量。搅拌机由物料存储系统、物料称重系统、物料运输系统、搅拌系统、粉料存储系统、粉料运输系统、粉料计量系统、水和添加剂计量系统、控制系统以及其他附属设备构成。其中控制系统是整个搅拌技术的核心，可以结合工程的实际需求，设置不同的功能和配置参数。搅拌混凝土时，必须严格按照混凝土配比、搅拌时间输入相应的数据，并按照各个原料的质量计量，配料按照配料单进行称量。在称量的时候，水泥、粉煤灰胶凝材料的质量允许偏差控制在±1%；减水剂、膨胀剂等添加剂的质量允许偏差控制在±1%；粗细骨料的质量允许偏差控制在±2%；搅拌用水质量允许偏差控制在±1%。混凝土原材料的投放顺序分别是粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰、水、减水剂。其中粉煤灰投入时需要搅拌30秒，加入水时需要搅拌60秒，加入减水剂需要搅拌30秒。如果采用其他投料顺序，需要经过试验确定搅拌时间，确保混凝土材料搅拌均匀。初次搅拌时，采用手动操作，直到确认电气元件动作安全可靠，搅拌的混凝土质量符合施工要求时，可以采用自动生产模式。混凝土搅拌过程中，24小时需要抽样2次检查是否符合施工要求。

2）添加剂投放，根据大体积混凝土的施工要求，需要在混凝土材料中添加粉煤灰、矿渣、高效减水剂、膨胀剂，提高混凝土材料的密度，降低混凝土材料水分蒸发速度。粉煤灰是火电厂锅炉燃烧以后，烟气排放后通过布袋除尘器收集到的细粉，主要由氧化钙、氧化硅等构成，是一种多孔蜂窝状的颗粒结构，具有很强的吸水性和吸附性，将其掺入到混凝土材料中，可以减少水泥与砂石骨料的孔隙，增加水泥的凝聚力，让水渗透到混凝土结构内部，提高混凝土结构的致密性。矿渣是钢铁冶炼冷萃后的副产品，含有氧化钙、氧化铝等矿物质，将其掺入到混凝土材料中，可以降低混凝土中的水泥水热化反应，促使水泥水化过程中生成更多的CS-H凝胶，降低水泥泥浆的孔隙率。

3）分层浇筑，本建筑工程采用分层浇筑，浇筑前，需要清除混凝土结构模板的水泥、灰尘等杂物，以免影响到浇筑质量。混凝土采用连续浇筑方式，各个工序应该紧密连接。建筑工程底板浇筑面积大、浇筑量大，施工过程尽量集中，按照浇筑顺序进行浇筑，以免造成施工缝［7]。在浇筑过程中，搅拌机的运输泵管振动过大，可能造成底板钢筋移位，在浇筑的时候，需要在泵管下架设钢管支架。泵送混凝土的坍落度比较大，还需要对浇筑的混凝土进行振捣，将混凝土内部的气泡排出来，混凝土振捣棒从四周向中间进行振捣，振捣棒必须插入下层5-100mm位置，以免分层导致混凝土施工分析，底板厚度为800mm，分层浇筑的厚度为400mm。按照快插慢拔的方式振捣，振捣按照施工进度进行，避免漏振或者少振，振捣均匀并尽量不与下层的模板碰触，以免造成模板移位。每一处振捣的时间不能少于25秒，直到混凝土表面没有泛出灰浆，没有气泡冒出，则可以进行下一处振捣。下一层振捣前，需要将上一层混凝土结构振捣完才能进入到下一层。混凝土浇筑后，在混凝土材料初凝前，需要用木抹子对混凝土表面进行二次抹压，搓出灰浆，并将混凝土表面进行收光后进行养护。

4）后期养护，混凝土浇筑后，还需要及时进行养护，一般养护时间为7-15天。通过混凝土养护，可以降低大体积混凝土内外温差，提高混凝土抗拉强度。大体积混凝土养护方式有洒水养护、覆盖塑料薄膜、铺设稻草以及涂抹养护剂等方式。混凝土浇筑初凝后，可以在底板混凝土结构上覆盖一层塑料薄膜，在塑料薄膜上面覆盖草袋可以起到隔热保温作用，有效防止混凝土外部过快下降，导致内外温差应力或者自收缩性导致的混凝土裂缝。如果在夏季施工，天气炎热，为防止水分过快蒸发，还需要在覆盖草袋上洒水，降低水分的蒸发速度。大体积混凝土浇筑养护后，其硬化强度达到设计强度的70%以后，才能拆除模板。如果需要在底板上作业，则需要确保大体积混凝土的强度100%达到设计要求。在拆除混凝土结构模板的时候，必须坚持从下至上，从四周向中间拆除，防止混凝土模板突然掉落，造成安全事故。

4 结语

大体积混凝土的体积大、浇筑量大，对浇筑施工技术要求比较高，否则，容易出现水泥水热化造成的温度裂缝和收缩裂缝，影响到大体积混凝土结构的质量。因此，在施工过程中，必须优化混凝土材料配比，选择合适的添加剂，严格控制混凝土浇筑过程，确保混凝土浇筑质量。当前，我国大体积混凝土的裂缝控制技术主要集中在混凝土材料性能、大体积混凝土配比以及混凝土浇筑养护等方面的研究，还需要进一步加强低热水泥、混凝土表面保温技术的研究。