大體積混凝土在施工中的質(zhì)量控制

【摘 要】近年來，隨著國民經(jīng)濟和建筑技術的發(fā)展，大型現(xiàn)代化技術設施或構(gòu)筑物不斷增多，其中時常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎等。它主要的特點就是體積大，一般實體最小尺寸大于或等于1m。它的表面系數(shù)比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快。混凝土內(nèi)外溫差較大時，會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)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(zhì)量。

【關鍵詞】大體積混凝土；裂縫原因；控制

1.國際上相關規(guī)定

美國混凝土學會(ACI)關于大體積混凝土的定義：任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度的減少開裂影響的，即稱為大體積混凝土。

日本建筑學會標準(JASS5)規(guī)定：結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內(nèi)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。

2.我國對于大體積混凝土的定義

目前國內(nèi)對于大體積混凝土也沒有一個明確的定義。所謂大體積混凝土，一般理解為尺寸較大的混凝土，《大體積混凝土施工規(guī)范》《GB50496-2009》里的定義：混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有裂縫產(chǎn)生的混凝土。

有的規(guī)范認為，當基礎邊長大于20m，厚度大于1m，體積大于400m3時稱大體積混凝土；有的則認為混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小尺寸等于或大于1m，或預計會因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大，導致裂縫的混凝土為大體積混凝土。

也有人認為不能以截面尺寸來簡單判斷是否大體積砼，實際施工中，有些砼厚度達到1m，但也不屬于大體積砼的范疇，有些砼雖然厚度未達到1m，但水化熱卻較大，不按大體積砼的技術標準施工，也會造成結(jié)構(gòu)裂縫。大體積砼與普通砼的區(qū)別表面上看是厚度不同，但其實質(zhì)的區(qū)別是由于砼中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積砼內(nèi)部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內(nèi)外溫差過大，其所產(chǎn)生的溫度應力可能會使砼開裂。因此判斷是否屬于大體積砼既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素，比較準確的方法是通過計算水泥水化熱所引起的砼的溫升值與環(huán)境溫度的差值大小來判別，一般來說，當其差值小于25℃時，其所產(chǎn)生的溫度應力將會小于砼本身的抗拉強度，不會造成砼的開裂；當差值大于25℃時，其所產(chǎn)生的溫度應力在可能大于砼本身的抗拉強度，造成砼的開裂，此時就可判定該砼屬大體積砼，并應按條文中規(guī)定的措施進行施工，以確保砼不致開裂，造成工程滲漏水的隱患。

而相對使用最多的是：大體積砼指的是最小斷面尺寸大于1m以上的砼結(jié)構(gòu)，其尺寸已經(jīng)大到必須采用相應的技術措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應力并控制裂縫開展的砼結(jié)構(gòu)。[1]

3.大體積混凝土的主要類型

目前主要根據(jù)混凝土的種類和要求的性能進行分類。按照混凝土種類主要分為不含鋼筋的素混凝土、含鋼筋的鋼筋混凝土或摻入鋼纖維的鋼纖維混凝土；按照要求的性能主要分為干硬性混凝土、低流態(tài)混凝土、高流態(tài)混凝土和常態(tài)混凝土等。

4.大體積混凝土的特點及施工技術要求

大體積混凝土通常結(jié)構(gòu)厚實、體形大、鋼筋密、一次澆注混凝土量大、施工時間長、施工工藝要求高、工程條件復雜（一般都是地下現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）、受環(huán)境影響大、水泥水化熱較大（預計超過25攝氏度）。澆筑完畢后，混凝土組成材料中的水泥與水拌和后立即開始產(chǎn)生水化反應，反應過程中釋放出大量的熱，混凝土受熱膨脹，體積增大，在產(chǎn)生水化熱的同時，混凝土通過與大氣或地基接觸的表 面散發(fā)熱量，但是隨著混凝土構(gòu)件厚度的增大，熱量散發(fā)的速度越來越慢，混凝土內(nèi)部聚集的熱量越來越多，特別是在混凝土澆筑完成的 3～5 天內(nèi)混凝土水化速度很快，溫度明顯升高， 這樣就造成了混凝土內(nèi)外產(chǎn)生過大的溫差。

工程實踐證明，大體積混凝土因為平面尺寸過大施工難度比較大，約束作用所產(chǎn)生的溫度力也愈大，如采取控制溫度措施不當，溫度應力超過混凝土所能承受的拉力極限值時，則容易產(chǎn)生裂縫。

5.大體積砼裂縫產(chǎn)生的原因

5.1水泥水化熱

水泥在水化過程中要產(chǎn)生大量的熱量，是大體積砼內(nèi)部熱量的主要來源。由于大體積砼截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，使砼內(nèi)部的溫度升高。砼內(nèi)部的最高溫度，大多發(fā)生在澆筑后的3～5ｄ，當砼的內(nèi)部與表面溫差過大時，就會產(chǎn)生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成比，溫差越大，溫度應力也越大。當砼的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便開始產(chǎn)生溫度裂縫。這就是大體積砼容易產(chǎn)生裂縫的主要原因。

5.2約束條件

大體積鋼筋砼與地基澆筑在一起，當早期溫度上升時產(chǎn)生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應力。由于砼的彈性模量小，徐變和應力松弛度大，使砼與地基連接不牢固，因而壓應力較小。但當溫度下降時，產(chǎn)生較大的拉應力，若超過砼的抗拉強度，砼就會出現(xiàn)垂直裂縫。

5.3外界氣溫變化

大體積砼在施工期間，外界氣溫的變化對大體積砼的開裂有重大影響。

6.大體積混凝土裂縫的控制措施

為防止大體積混凝土產(chǎn)生裂縫，通常采取以下幾個方面的措施：

6.1對大體積混凝土進行保溫

在混凝土表面覆蓋保溫材料、搭設暖棚、通入熱水等措施提高表面溫度，減小混凝土內(nèi)外溫差，但是存在混凝土內(nèi)部降溫速度慢、混凝土冷卻后產(chǎn)生拉應力，容易出現(xiàn)收縮裂縫的問題，因此，在較厚的構(gòu)件中單純采用保溫的方法并不適用。

6.2降低混凝土的入模溫度

根據(jù)混凝土內(nèi)部實際最高溫度計算公式 Tmax=T入模+T 絕熱ξ，ξ是一個小于 1 的系數(shù)，因此降低混凝土入模溫度可顯著降低混凝土內(nèi)部溫度，因此可在混 凝土攪拌時采用冰水拌和或在骨料中通入冷風來降低混凝土的入模溫度。但是降溫的幅度有限。

6.3采用低水化熱的水泥或用活性材料代替部分水泥

減少水泥用量，達到降低內(nèi)部水化熱的目的，通常可以采用礦渣水泥、摻加粉煤灰、采用 60d、90d 強度等措施[2]。但是降溫的幅度有限，不能完全解決水化熱問題。

6.4摻加緩凝劑，降低水泥水化速度

摻入緩凝劑后水泥水化速度降低，水泥水化時間延長，通過混凝土表面散發(fā)的熱量較多，可顯著降低混凝土的內(nèi)外溫差。但是緩凝劑摻量不宜 過多，否則，對混凝土強度造成影響。

6.5混凝土內(nèi)部通入降溫水管，進行主動降溫

適用于各種水泥和各種厚度的混凝土，特別適用于較厚的大體積混凝土，通入降溫水管后，混凝土水化產(chǎn)生的熱量大部分由經(jīng)過混凝土內(nèi)部的水帶走，相當于降低了混凝土厚度，由于混凝土內(nèi)部溫度和內(nèi)外溫差顯著降低，混凝土冷卻后不存在拉應力過大，容易產(chǎn)生溫差裂縫的問題。與其它幾種方法相比，采用混凝土內(nèi)部降溫法由于為主動降溫，混凝土內(nèi)部溫度容易控制，因此具有明顯的優(yōu)越性。

7.大體積混凝土的養(yǎng)護

大體積混凝土一般在澆筑后3d左右水化熱達到最高，以后趨于穩(wěn)定不再升溫，并且開始逐步降溫。規(guī)范規(guī)定，對大體積混凝土養(yǎng)護，應根據(jù)氣候條件采取控溫措施，并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內(nèi)部溫度，將溫差控制在設計要求的范圍內(nèi)；當設計無具體要求時，溫差不宜超過25度。表面溫度的控制可采取調(diào)整保溫層的厚度。

（1）混凝土澆筑及二次抹面壓實后應立即覆蓋保溫，先在混凝土表面覆蓋一層塑料薄膜，然后在上面覆蓋二層草簾。

（2）新澆筑的混凝土水化速度比較快，蓋上塑料薄膜后可進行保溫保養(yǎng)，防止混凝土表面因脫水而產(chǎn)生干縮裂縫，同時可避免草席因吸水受潮而降低保溫性能。

（3）柱、墻插筋部位是保溫的難點，要特別注意蓋嚴，防止造成溫差較大或受凍。

（4）停止測溫的部位經(jīng)技術部門和項目技術負責人同意后，可將保溫層及塑料薄膜逐層掀掉，使混凝土散熱。

8.結(jié)論

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的。各類裂縫產(chǎn)生的主要影響因素有幾種：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，由外荷載引起的。二是材料型裂縫，主要由溫度應力和混凝土的收縮引起的。目前控制和解決的重點是溫度應力引起的混凝土裂縫。

大體積混凝土施工過程中，混凝土配合比的確定、澆筑前熱工計算、編制合理的實施計劃以及澆筑后裂縫的控制計算、保溫材料的選擇及厚度計算都對混凝土的最終質(zhì)量有著重要作用，是不能被忽略的。 [科]

【參考文獻】

［１］建筑施工手冊.

［２］混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 GB50204-2002（2011年版）.

［３］高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程 JGJ3-2002.

［４］大體積混凝土施工規(guī)范 GB50496-2009.