大體積混凝土工程與施工技術

趙程程 王鐵英 谷昆燚 劉興旺（通訊作者） 河北農業大學

1 大體積混凝土用材與搭配

1.1 概述：

《大體積混凝土施工規范》GB50496-2009里指出:結構尺寸超過1m，或由于混凝土中的材料發生水化反應而導致溫度分布不均從而引發結構體產生裂縫，稱之為大體積混凝土。

1.2 用料：

眾所周知，水泥，細集料，粗集料，以及水是混凝土的基本組成物質。另外還摻加的外加劑，摻合料。其中細集料主要為天然砂以及機制砂等沙料，而粗集料則為石子等較大的添加物，不同的組分在混凝土中發揮著不同的作用:如石子，沙等在混凝土中主要起骨架的作用，因此，我們也可以稱之為骨料。骨料還可以對混凝土的變形起穩定性作用。水泥和水則形成水泥漿，包裹在集料表面，從而起到一定的粘結以及潤滑的作用，在施工過程以及后期混凝土強度上升起了至關重要的作用。

1.3 搭配：

混凝土中主要的部分是水泥，而對于大體積混凝土來說，常應用礦渣水泥以及粉煤灰水泥和普通硅酸鹽水泥，而這些水泥都具有以下幾個共同點，那就是它們的早期強度都比較低，但隨著時間的不斷推移強度上升的比較快，而其中最為主要的是這幾種水泥的水化熱以及干縮性較其他品種水泥好，這對于大體積混凝土來說非常重要。

其次，大體積混凝土的建造的細集料（沙）一般常用河沙或者山沙，山沙一般可以直接應用于大體積混凝土工程，特別是工程項目深處內陸，但因山沙中含泥量以及有機質等對于混凝土強度有害的物質比較多，當用于重要部件時必須進行堅固性測試以及堿活性試驗（后文會介紹），相較于山沙，河沙因長期受到水流的沖刷作用，顆粒表面就變得比較圓滑，干凈，因而應用較為廣泛，特別是在大壩等大體積建筑物工程中。沙的級配還應滿足以下條件:

其中A1，A2，A3，A4，A5分別代表不用直徑篩孔的累積篩余率，Mx為沙料的細度模數。只有當沙料的細度模數Mx在3.0～2.3之間并且各篩孔的累積篩余率滿足一下2區條件時才能應用于混凝土。

篩孔尺寸 分區 10.0mm 4.75mm 2.36mm 1.18mm 0.60mm 0.30mm 0.15mm 1區 0 10～0 35～5 65～35 85～71 95～80 100～90 2區 0 10～0 25～0 50～10 70～41 92～70 100～90 3區 0 10～0 15～0 25～0 40～16 85～55 100～90

最后，對于石子而言，一般直徑不易設置的太大，直徑過大在自重的作用下，石子分布于混凝土的底部，而此時混凝土也就失去了意義。一般對于非泵送的大尺寸結構物的工程，石子的最大直徑不應超過40mm，對于泵送的混凝土而言最大直徑應不超過25mm，對于水工建筑物等大體積混凝土而言，一般應用于內部澆筑的石子直徑應不超過80mm，但由于攪拌，運輸設備的限制，根據《水利混凝土施工規范》（DL/T5144-2001）要求，當混凝土攪拌機的攪拌量為0.8～1m3時，最大粒徑不應超過80mm，當攪拌機攪拌量大于1m3時，最大粒徑不宜超過150mm。而當采用皮帶運輸混凝土時，最大粒徑的不應大于80mm。

1.4 經濟性

（1）對于一般工程項目而言，在考慮建筑物的安全性，合理性以及穩定性之余還應適當的考慮項目的經濟性。在大體積混凝土工程中，可以適當增加粉煤灰的含量，借以替代水泥的使用。但由于水泥減少而導致混凝土流動性大大減少，在這個時候可以適量加入減水劑，從而以增強混凝土自身的流動能力。

（2）建造的過程中可以“就地取材”應用當地現有的材料建造。

2 在施工中應該注意的問題

2.1 凍融破壞

混凝土的凍融破壞是指混凝土處于含水量飽和的狀態下，經受多次凍融而不破壞?；炷林园l生凍融破壞是由于混凝土結構中含有微量的水，而隨著溫度的不斷變換，這部分水會發生結冰或者是融化。冰的體積要比相應水的體積略大，反復的膨脹可能會引起混凝土內部產生一些微小裂縫。多次作用下，裂縫不斷增加，直至最終全部破壞?！扒Ю镏蹋瑲в谙佈ā睂τ诖篌w積混凝土，特別是大型水利工程中所建造的結構而言，這是十分危險的。

根據分析可得影響到混凝土整體抗凍能力的因素有:（1）結構內部的空隙特征。當內部空隙為連通孔時，比較容易發生凍融危害，而當內部空隙為封閉孔時，凍融破壞程度較低（2）水灰比或空隙率。水灰比比較大的情況下，受凍融破壞也就比較嚴重。（3）吸水飽和程度。當混凝土內部沒達到吸水飽和時，空隙水結冰的過程中，凍脹所產生的壓力迫使水分往未飽和部位移動，這也就意味著在一定程度上分散了混凝土本身所承受的力。

因此，要提到混凝土的抗凍融能力，可以從以下幾個方面出發:（1）降低水灰比，從而提高混凝土密實程度。（2）加強施工養護，改良振搗方式，以減少空隙率。（3）加入摻氣劑，改變空隙的分布形勢。

3 大體積混凝土的養護

混凝土的性能在很大程度上受養護條件的影響。其中溫度和濕度是決定強度發展的主要外部因素。過高或者是過低的溫度均能影響混凝土強度的上升。根據實驗證明:當養護溫度超過40度時，雖然能在一定程度上提高混凝土早期強度，但28天以后試件的強度通常要比20度標準養護試件的強度低。而濕度即指空氣的相對濕度。濕度低，混凝土內水分蒸發較快，致使混凝土的內部水化反應停止，強度停止增加。

當工程所需的大體積混凝土構件為室內預制構件時可以采用蒸汽養護或者是蒸壓養護的方式。蒸汽養護是指將成型后的試件放在一定條件下的蒸汽中進行養護，借以促進混凝土的強度提高。

蒸壓養護是指把混凝土試件放置在蒸壓釜中進行養護，應用這種養護方式可以是混凝土的強度上升速度大大提升。

當工程項目處于我國南方等較為潮濕的地區時，環境空氣濕度較大，建筑物內水分蒸發的速度比較慢，因而強度上升的速度也就相對較慢。對于水利工程而言建筑工期較長，應盡量使工程處于相對干燥的環境中，減少混凝土與水的直接接觸。當工程項目處于我國北方等較為干燥并且寒冷的地方時，可以從以下幾個方面入手加強養護:（1）從選材料的角度而言，可以選擇水化熱在一定程度上相對較大的水泥品種。（2）在建筑結構表面包裹塑料膜保濕，減少水分的蒸發。

4 結束語

伴隨著經濟技術的發展，現代城市以及各種設施的建設需要越來越先進的技術設備以及更加完善的技術管理。因此，研究土木工程中的大體積混凝土的施工技術與使用材料意義重大，其關系著整個建筑物的整體性能，甚至與人類的日常生活以及生命財產安全息息相關。在大體積混凝土的建設過程中應該特別注意混凝土的溫度應力，堿骨料反應，以及凍融破壞等，否則一旦發生危險，可能會帶來無法彌補的損失。

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