大體積混凝土施工技術淺析

陳 峰

0 引言

現代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。它主要的特點就是結構厚實，體積大，表面系數比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內部溫升比較快。混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度裂縫，影響結構安全和正常使用，所以必須從根本上分析它，來保證施工的質量。日本建筑學會標準(JASS5)規定:“結構斷面最小厚度在80 cm以上，同時水化熱引起混凝土內部的最高溫度與外界氣溫之差預計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土。”JGJ/T 55-96普通混凝土配合比設計規程規定:“混凝土結構物中實體最小尺寸大于或等于1 m的部位所用的混凝土。有時斷面不大，但由于所使用水泥的水化熱較大，也應該按大體積混凝土考慮。”

本文以防治大體積混凝土的裂縫為出發點，對大體積混凝土施工技術進行初步的分析。

1 大體積混凝土施工產生的裂縫及原因

大體積混凝土內出現的裂縫按深度不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫，其危害性最為嚴重。

產生裂縫的主要原因為:水泥水化熱、外界氣溫變化和混凝土的收縮。

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫多出現在混凝土養護結束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。

1.2 塑性收縮裂縫

塑性收縮是指混凝土在凝結之前，表面因失水較快而產生的收縮。產生的主要原因為:混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，或者混凝土剛剛終凝而強度很小時，受高溫或較大風力的影響，混凝土表面失水過快，使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮而產生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等等。

1.3 溫度裂縫

溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱。由于混凝土的體積較大，形成內外的較大溫差，較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期，且只在混凝土表面較淺的范圍內產生。

1.4 安定性裂縫

安定性裂縫表現為龜裂，主要因水泥安定性不合格而引起。

2 混凝土配合比的優化

配合比設計的基本要求有三點:

1)要確保混凝土達到設計強度等級;

2)滿足其他耐久性指標達到規范要求;

3)滿足現場施工要求，如坍落度、初凝時間等。

在此基礎上再對混凝土配合比進行優化，一般按以下三點原則進行:

1)采用最低膠凝材料和水泥用量的原則。在滿足混凝土可泵性和耐久性指標的前提下，盡量降低膠凝材料的總用量及水泥用量，以減少混凝土的水化熱及收縮值;

2)在滿足規范和設計要求的前提下盡量適度提高粉煤灰的摻量，降低混凝土的水化熱;

3)最少用水量法則。盡量降低混凝土的水膠比，提高混凝土的密實度，降低混凝土的空隙率，減少混凝土的收縮。在施工中，應及時排出析水或拌制一些干硬性混凝土均勻澆筑在析水處，用振搗器振實后，再繼續澆筑上一層混凝土。

3 大體積混凝土的澆筑

大體積混凝土的施工工藝為:施工準備→澆筑振搗→泌水處理→表面處理→養護。其中關鍵步驟為澆筑振搗和養護。大體積混凝土澆筑方案應根據整體連續澆筑的要求、結構物的體型大小、鋼筋疏密、混凝土供應條件等具體情況確定，可選擇如下三種方案:

1)全面分層。在整個結構物內，采取全面分層澆筑混凝土，做到第一層全面澆筑完畢后，開始澆筑第二層時，已澆筑的第一層混凝土還未初凝，如此逐層進行，直至澆筑完成。這種方案適用于結構的平面尺寸不太大的工程，澆筑時宜從結構的短邊開始，沿長邊推進。亦可分為兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時進行。

2)分段分層。混凝土澆筑時，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。這種方案適用于結構物厚度不太大而面積或長度較大的工程。

3)斜面分層。混凝土從澆筑層的下端開始，逐漸上移，此時向前推進的澆筑混凝土攤鋪坡度應小于1∶3。這種方案適用于結構物的長度超過厚度3倍的情況。

4 保濕保溫養護

對于控制大體積混凝土的工程質量，養護是十分關鍵的工作。保溫養護的作用:1)減少混凝土表面的熱擴散，減少混凝土表面的溫度梯度，防止產生表面裂縫。2)延長散熱時間，充分發揮混凝土的潛力和材料的松弛特性。使混凝土的平均總溫差所產生的拉應力小于混凝土抗拉強度，防止產生貫穿裂縫。保濕養護的作用:1)適宜的潮濕條件可防止混凝土表面的脫水而產生干縮裂縫。2)混凝土在潮濕條件下，可使水泥的水化作用順利進行，提高混凝土的極限拉伸強度。一般在澆筑完畢后12 h～18 h內立即開始養護。連續養護時間不少于28 d或設計齡期。養護工作不僅要滿足強度增長的需要，還應通過人工的溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開裂。養護時，應根據當時氣候條件采取相應的措施，測定澆筑后的混凝土表面和內部溫度，將溫差控制在設計要求的范圍內。當設計無具體要求時，溫差不超過20℃。當混凝土具有足夠的抗裂能力時，不超過25℃。

做好養護工作，采用蓄水方式進行，并在混凝土表面覆蓋一層塑料布，一層麻袋片，同時根據溫差情況及時對混凝土表面覆蓋厚度進行增減。混凝土內外溫差及混凝土表面與大氣溫差均不得超過25℃。當發現內外溫差達ΔT=25℃時應即刻增加覆蓋，當ΔT降至20℃以下時，可拆除部分覆蓋，以加速降溫，如此反復，應注意速率不大于2℃/d。該工程施工完成后，至今尚未發現有裂縫和漏水現象。

5 施工總結

對于大體積混凝土的裂縫控制與防治，只要設計增加構造措施，施工單位在澆筑、振搗、養護等環節做好，混凝土生產廠家從配合比、用水量、骨料、水泥等方面入手，混凝土裂縫能夠在一定程度上得到避免。同時，加強混凝土表面保濕、保溫來減少內外溫差是控制裂縫的有效措施。工作人員需要精心設計、施工，使建筑物、構筑物更好地發揮其社會效益。

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