淺析大體積混凝土施工

胡小東

摘要：根據大體積混凝土施工和工程中大體積混凝土的研究成果，簡要介紹了大體積混凝土裂縫產生的原因，以及從材料、施工、設計、維護等四個方面進行綜合解決，并提出了防止和減少砼裂縫的一般方法和施工中應注意的一些問題。

關鍵詞：大體積；混凝土；施工

1.引言

目前大體積混凝土還沒有確切的定義詞。日本建筑學會標準（jass5）規定：“結構斷面最小厚度80厘米以上，同時水化熱引起的溫度差和混凝土內外溫度將超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土。美國混凝土協會（ACI）規定：“任何現場澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須采取措施來解決由水化熱引起的體積變形問題，以最大限度地減少開裂”。

近年來，由于高層建筑的發展，基礎采用箱形基礎和筏板基礎大體積混凝土。

2.大體積混凝土的特性

大體積混凝土具有以下特點：

（1）高強度混凝土設計，單方水泥用量較多，大體積混凝土水化熱引起的溫度比普通混凝土大得多；

（2）在結構內的截面配筋比較多，較高完整性；

（3）基礎結構是埋在地下，雖然受環境溫度變化的影響較小，但需要高抗滲性。

因此，溫度對混凝土裂縫控制引起的應變差異，提高混凝土的抗滲性，抗開裂和抗侵蝕性能是大體積混凝土施工的一個關鍵問題。

大體積混凝土的溫度控制，目前國內尚無正式規定，在過去提出了應該在20攝氏度的溫度差控制中，近年來在南方一些地區的控制在25 °C內，從國內的施工實踐來看：混凝土的溫升和溫差與表面系數有關，單面散熱的結構斷面最小厚度在75㎝以上，雙面散熱在100㎝以上，雙邊的冷卻混凝土水化熱的內部結構將造成超過25攝氏度的溫度差異，根據大體積混凝土施工。

80年代以來，在全國一些大城市相繼建造了一批高層建筑和高聳構筑物。這些建筑物的基礎，都采用了大體積混凝土，通過這些工程的實踐，促進了大體積混凝土施工技術的發展。

80年代以來，在全國主要城市建立了很多高層建筑。這些建筑物的基礎都采用了大體積混凝土，通過這些項目的實施，促進了大體積混凝土施工技術。

對大體積混凝土工程的研究，取得不少成就，主要是：

（1）在設計上，為改善大體積混凝土的內外約束條件以及結構薄弱環節的補強，提出了行之有效的措施。

（2）在施工技術上，從選料，配合比設計、施工方法，施工季節的選定和測溫養護等，采取一些綜合性的措施，有效地克服了大體積混凝土的裂縫。

（3）在施工組織管理上，為了解決大體積混凝土一次澆筑量大的問題，在精心組織、協調指揮。

3.大體積混凝土的施工

3.1材料要求

3.1.1水泥

（1）在滿足強度和耐久性等要求的前提下，宜選用低熱或中熱的礦渣水泥、火山灰水泥（發熱量270～290kJ/kg）、嚴禁使用安定性不合格的水泥。

（2）由于大體積混凝土工程量大，水泥用量多，水泥供應難以做到按施工要求的品種標號一次進場，因此要加強水泥進場的檢驗和試配工作。

3.1.2骨料

（1）粗骨料。碎石和卵石均可，并采取連續級配或合理的摻配比例。其最大粒徑不得大于鋼筋最小間距的3/4。當采用泵送混凝土時，為了提高混凝土的可泵性和控制增加水泥用量，可參照表5-7-13選用。骨料中不得含有有機雜質，其含泥量應<=1%

（2）細骨料。宜選用粗砂或中砂，含泥量應≤3%。當采用泵送混凝土時，其細度模數以2.6～2.8為宜。控制細砂以0.3㎜篩孔的通過率為15～30%；0.15㎜篩孔的通過率為5～10%。

（3）粉煤灰。為了減少水泥用量，可摻入水泥用量10%的粉煤灰取代水泥。粉煤灰應符合《技術條件103—56》的要求，其燒失量應<15%，SO3應<3%，SIO2應>40%，并應對水泥無不良反應。

（4）外加劑。為了滿足和易性和減緩水泥早期水化熱發熱量的要求，宜在混凝土中摻入適量的緩凝型減水劑。

3.2配合比設計

3.2.1基本要求

（1）設計配合比時盡量利用混凝土60天或90天的后期強度，以滿足減少水泥用量的要求。但必須征得設計單位的同意和滿足施工荷載的要求。

（2）混凝土配合比，應根據使用的材料通過試配確定。一般要求水泥用量宜控制在260～300kg/m3。水灰比應≤0.6。砂率應控制在0.33～0.37（泵送時宜為0.4～0.45）。坍落度應根據配合比要求嚴加控制，當采用商品混凝土泵送時，坍落度的增加應通過調整砂率和摻用減水劑或高效減水劑解決，嚴禁在現場隨意加水以增大坍落度，并應控制在10～14㎝為宜。

3.2.2設計步驟

按現行《混凝土結構工程施工及驗收規范》執行。

3.3施工準備工作

在施工前的大體積混凝土準備工作，除了一般的混凝土施工前必須進行材料的制備，設備的準備，技術準備和現場準備，根據其結構的特殊性，做好配套材料和輔助設備的準備，如冰水箱（池），真空設備，水泵，溫度測量設備等。特別是做施工方案的準備工作。主要內容及編制原則如下：

3.3.1編制的原則

（1）在保證結構整體性的原則下，采用分層分塊澆筑時，盡量減少澆筑塊在硬化過程中的內外約束，分層的時間間隔做到既有利于散熱，又考慮到底層對上層的約束。

（2）控制內外溫差，加強養護，防止產生貫通裂縫和其它有害裂縫。

3.3.2編制的主要內容

（1）根據減少約束的要求，確定分層分塊的尺寸及層間、塊間的結合措施。

（2）通過熱工計算，確定混凝土入模溫度以及對材料加熱或降溫的措施。

（3）確定混凝土攪拌，運輸和澆筑的方案。

（4）制訂混凝土的保溫方案。

（5）明確對混凝土的測溫方案。

（6）有關保證工程質量、方案。

3.4施工工藝

3.4.1大體積混凝土施工一般要在低溫條件下進行，最高溫度小于等于30攝氏度的溫度為宜，應該認真分析和溫度應力計算（包括收縮），以降低溫度，減少溫度應力和相應的措施。

3.4.2攪拌后的混凝土應被運到澆注位置，澆筑入模。在運送過程中，要防止混凝土離析現象，砂漿坍落度損失、改變，如離析現象的發生，必須進行人工二次拌合后方可入模。

3.4.3混凝土澆筑要點如下：

（1）大體積混凝土的澆筑，應根據整體連續澆筑的要求，結合結構尺寸的大小、鋼筋疏密、混凝土供應條件等具體情況，選用以下三種方法：

①全面分層。即將整個結構澆筑層分為數層澆筑，當已澆筑的下層混凝土尚未凝結時，即開始澆筑第二層，如此逐層進行，直至澆筑完成。這種方法適用于結構平面尺寸不太大的工程。一般長方形底板宜從短邊開始，沿長邊推進澆筑；亦可從中間向兩端或從兩端向中間同時進行澆筑。

②分段（塊）分層。適用于厚度較薄而面積或長度較大的工程。施工時從底層一端開始澆筑混凝土，進行到一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其它各層。

③斜面分層：適用于結構的長度超過厚度三倍的工程，振搗工作應從澆筑層的底層開始，逐漸上移，以保證分層混凝土之間的施工質量。

（2）當基礎底板厚度超過1.3m時，應采取分層澆筑。分層厚度宜為0.6～1.0m。對于大塊底板，在平面上應分成若干塊施工，以減少收縮和溫度應力，有利于控制裂縫，一般分塊最大尺寸宜為30m左右。

（3）分層澆筑時，上層鋼筋的綁扎應在下層混凝土經一定養護其強度達到1.2N/㎜2，混凝土表面溫度與混凝土澆筑后達到穩定時的室外溫度之在25?C以下時進行。

（4）分層澆筑間隔的時間，應以混凝土表面溫度降至大氣平均溫度為好，即水化熱溫峰值以后，一般為3～5天，因此間隔時間以大于5天為宜。

（5）暑期施工時，必須采取有效措施降低混凝土內部的實際溫度。

①降低混凝土入模澆筑溫度如拌和水中摻入冰塊、使用冷卻水作拌合用水、砂石采取遮陽措施和噴冷水降溫等；

②骨料中摻入適量毛石；

③摻入適量的粉煤灰。

（6）為了防止混凝土發生離析，當混凝土的自由傾落高度超過2m時，應采用串筒，溜槽下落。串筒和漏斗的布置應根據澆筑面積、澆筑速度和鋪平混凝土的能力確定，一般其間距不得大于3m。

（7）混凝土應采用機械振搗。振搗棒的操作，要做到“快插慢拔”，在振搗過程中，宜將振動棒上下略有抽動，以使一下振動均勻。每點振搗時間一般以20～30s為宜，但還應視混凝土表面呈水平不再顯著下沉、不再出現氣泡、表面泛出灰漿為準。

分層澆筑時，振搗棒應插入下層5㎝左右，以消除兩層之間的接縫。

振搗時要防止振動模板，并應盡量避免碰撞鋼筋、管道、預埋件等。每振搗完一段，應隨即用鐵鍬攤平拍實。

（8）混凝土養護的時間和方法為：

①養護時間：為了保證新澆筑的混凝土有適宜的硬化條件，防止在早期由于干縮而產生裂縫，大體積混凝土澆筑完畢后，應在12h內加以覆蓋和澆水。具體要求是：普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土不得少于14天；礦渣水泥，火山灰質水泥、大壩水泥、礦渣大壩水泥拌制的混凝土不得少于21天。

②養護方法：大體積混凝土養護方法，分降溫法和保溫法兩種。降溫法，即在混凝土澆筑成型后，用蓄水、灑水或噴水養護；保溫法是在混凝土成型后，使用保溫材料覆蓋養護（如塑料薄膜、草袋等）及薄膜養生液養護，可視具體條件選用。

夏季施工時，砼一般可使用草袋覆蓋、灑水、噴水養護或噴刷養生液養護。

冬期施工時，由于環境氣溫較低，一般可利用保溫材料以提高澆筑的混凝土表面和四周溫度，減少混凝土的內外溫差。另外亦可使用薄膜養生液、塑料薄膜等封閉料，來封閉混凝土中多余拌合水，以實現混凝土的自養護。

（9）混凝土測溫。為了掌握大體積混凝土的升溫和降溫的變化規律以及各種材料在各種條件下的濕度影響，需要對混凝土進行溫度監測控制。

①測溫點的布置 必須內有代表性和可比性。沿澆筑的高度，應布置在底部、中部和表面，垂直測點間距一般為500～800㎜；平面則應布置在邊緣與中間，平面測點間距一般為2.5～5m。

②測溫制度 在混凝土溫度上升階段每2～4h測一次，溫度下降階段每8h測一次，同時應測大氣溫度。

所有測溫孔均應編號，進行混凝土內部不同深度和表面溫度的測量。

4.施工中注意的幾個問題

4.1泌水和浮漿問題

大體積混凝土施工中，由于混凝土分層澆筑，上部和下部結構之間的間隔時間（一般為1.5 ～ 3h，即凝結前控制），所以通過層混凝土層易產生水，混凝土泵送施工，特別嚴重的。解決的辦法是，在側模的結構設置在排水孔的底部，使多余的水從自然排放孔，或用槽形式設計的或人為的“池”，從特殊的柔性軸或隔膜泵泵排出多余的水。對墻壁和其他垂直結構，可以配合比和坍落度的解決方案。

4.2后澆縫的留置與處理

大體積混凝土施工中，合理的分縫分塊，不僅可以減輕約束作用，縮小約束范圍；同時也可利用澆筑塊的層面進行散熱，降低混凝土內部的溫度。另外，尚可滿足綁扎鋼筋、預埋螺栓等工序的操作需要。但接縫的處理必須滿足防止滲漏水的要求。

后澆縫的設置和處理如設計無規定時，其間距一般為20～30m，縫寬1m，可在后澆縫形成40d后封閉，冬期可適當延長。封閉前，應仔細鑿毛，并將鋼筋按設計要求連接好，再用比原設計砼強度提高一級補償收縮混凝土（亦可在普通混凝土中摻入膨脹劑）將縫灌密實。

4.3模板工程

大體積混凝土施工時，模板承受著混凝土的側壓力及振搗混凝土的振動力，因此必須保證模板及其支撐體系的可靠性，防止模板產生過大的變形。

對于大體積混凝土的模板，不能完全套用一般常規方法進行配置，而應根據實際受力情況，對模板、立柱、拉桿以及支撐系統的所有構件，都要進行設計計算，爭取足夠的安全儲備。

由于大體積混凝土對模板的剛度要求較高，在有條件時，宜優先使用鋼模板。采用木模時，澆筑混凝土前應充分濕潤，防止木模吸收混凝土表面水分后膨脹變形。

5.防止大體積混凝土裂縫的主要措施

（1）對混凝土配合比的合理選擇，嘗試用穩定性好、水化熱低的水泥，并在滿足設計強度要求下，盡量減少水泥用量，降低水泥水化熱。從實際經驗，在450kg/m3水泥劑量的控制可以防止裂縫。

（2）控制石子、砂子的含泥量不超過1%和3%。

（3）根據施工季節的不同，可分別采用降溫法和保溫法施工。夏季主要用降溫法施工，即在攪拌混凝土時摻入冰水，一般溫度可控制在5～10?C，在澆筑混凝土后采用冰水養護降溫，但要注意水溫和混凝土溫度之差不超過20?C，或采用覆蓋材料養護。冬季可以采用保溫法施工，利用保溫模板和保溫材料防止冷空氣侵襲，以達到減小混凝土內外溫差的目的。

（4）采用分層分段法澆筑混凝土。分層振搗密實以使混凝土的水化熱能盡快散失。還可采用二次振搗的方法，增加混凝土的密實度，提高抗裂能力，使上下兩層混凝土在初凝前結良好。也可采用在下層混凝土面上預留溝槽，以加強上下層混凝土的連接。

（5）作好測溫工作，控制混凝土的內部溫度與表面溫度，以及表面溫度與環境溫度之差不超過25?C。

（6）在混凝土中摻加少量磨細的粉煤灰和減水劑，以減少水泥用量。也可摻加緩凝劑，推遲水化熱的峰值期。

（7）摻入適量的微膨脹劑或膨脹水泥，使混凝土得到補償收縮，減少混凝土的溫度應力。

（8）改善約束條件。根據工程特點，可以采取某些措施，降低外約束力。例如 在大體積混凝土下設置滑動的墊層，通常作法是在墊層混凝土上，先鋪一層低強度水泥砂漿，以降低新舊混凝土之間的約束力。為了防止護坡樁對混凝土的約束力，還可在大體積混凝土四周與護坡樁之間砌筑隔離墻，既作為模板，又減小了大體積混凝土的外約束力。

（9）設置后澆縫。當大體積混凝土平面尺寸過大時，可以適當設置后澆縫，以減小外約束力和溫度應力，同時也有利于散熱，降低混凝土的內部溫度。

（10）當分層澆筑時，為了保證每個澆筑層上下均有溫度筋，可建議設計者將溫度筋作適當調整。溫度筋宜細密，一般用?8鋼筋，間距15㎝，雙向布筋，這樣可以增強抵抗溫度應力的能力。上層鋼筋的綁扎，應力爭在澆筑下層混凝土后進行，這樣便于混凝土的保溫覆蓋和保持鋼筋的整潔。對于一次綁扎成形的鋼筋網架，混凝土下料高度過大時，應采用溜槽或串筒下料，防止混凝土離析。

6.結束語

大體積混凝土結構裂縫的預防與控制是一個系統工程，必須從材料、設計、施工、維護等四個方面進行解決。設計應積極采用先進技術，結合成熟的技術措施，提出了切實可行的理論和實用的控制措施，在實踐中，經濟合理。物資調配科學、施工組織合理安排，確保大體積混凝土的質量。嚴格按照施工規范、施工程序，提高了操作流程和加強養護，防止和減少大體積混凝土裂縫，工程裂縫的危害控制到最低限度。

參考文獻：

[1]高層建筑建筑施工手冊.中國建筑出版社.

[2]大體積混凝土施工手冊.中國建筑工業出版社