建筑工程大體積混凝土澆筑施工技術分析

林祥武

（福州建工（集團）總公司，福建 福州 350000）

混凝土是建筑結構的主要材料，隨著建筑行業的發展，高層建筑、水利工程、公路橋梁等大型建筑工程大范圍采用體積龐大的混凝土結構。根據《大體積混凝土施工標準》GB50496-2018的規定：混凝土結構實體最小幾何尺寸大于1米的大體量混凝土結構，其尺寸大小必須采取相應的措施控制溫度溫差值，解決混凝土結構溫差應力造成的裂縫。這種混凝土結構的表面系數比較小，水泥水熱化溫度應力比較集中，混凝土內部溫度升高比較快，混凝土澆筑后形成較大的內外溫差和溫度應力。因此，大體積混凝土澆筑時，必須控制溫度應力，避免混凝土結構產生裂縫。西方發達國家的工業建筑發展的比較早，早在上個世紀三十年代開始關注大體積混凝土裂縫的問題，并研發了低熱水泥，降低混凝土結構中的水泥用量，優化混凝土施工工藝，發展大體積混凝土表面保溫技術，控制混凝土結構內外溫差等技術措施解決大體積混凝土澆筑裂縫問題，取得了一定的效果［1]。我國對大體積混凝土施工技術研究的比較晚，主要集中在大體積混凝土裂縫控制方法和溫度應力場的計算方法。為了防止大體積混凝土構件面積太大，讓混凝土結構底部或者構件的部分斷面收縮應力過大，其應力超過混凝土抗拉強度造成裂縫，大體積混凝土往往采用分段施工方式，分段施工容易造成伸縮裂縫，因此伸縮縫間隙也成為大體積混凝土結構的研究熱點［2]。同時，為了解決混凝土溫度應力集中的收縮裂縫，建筑行業還加大了混凝土材料性能、大體積混凝土配比以及混凝土澆筑養護等方法的研究，并取得了一定的成效。

1 建筑工程大體積混凝土的施工特點

1）施工工藝復雜，建筑工程大體積混凝土結構大、澆筑量大，對施工工藝要求比較高。由于大體積混凝土施工面積廣、人數多，施工環境復雜，施工過程中天氣變化都可能影響到施工質量。因此，要嚴格控制大體積混凝土施工工藝質量。大體積混凝土施工工藝包括前期混凝土配比設計、混凝土攪拌、混凝土運輸、混凝土澆筑以及后期的養護等工序，各個工序必須嚴格按照建筑工程的實際情況進行施工，任何一個環節出現問題，都可能影響到建筑工程大體積混凝土結構施工質量。

2）施工技術要求高，由于大體積混凝土結構的混凝土量大、澆筑面積廣，在澆筑過程中，水泥水熱化現象造成的溫差應力容易導致混凝土裂縫、溫差變形，從而影響到混凝土結構的強度和抗拉力［3]。因此，大體積混凝土澆筑過程中，必須采用連續澆筑的方式，并在澆筑過程中對混凝土進行振搗，將混凝土材料的氣泡擠出來，減少混凝土材料內部孔隙。混凝土澆筑過后，還要對大體積混凝土結構進行養護，減少溫差應力和混凝土收縮裂縫。

3）容易形成裂縫，大體積混凝土結構中的水泥用量比較大，澆筑過程中水泥水熱化釋放大量的熱量，由于大體積混凝土斷面比較厚，水泥釋放的熱量集中在混凝土結構內部不容易散發出去，導致混凝土結構內外溫差比較大。受到天氣的影響，如果氣溫驟降，則進一步加劇混凝土結構內外溫差。在高溫條件下，大體積混凝土的熱量不容易散發，大體積混凝土結構內外溫差可能超過60℃。混凝土主要由砂石骨料、水泥、水、添加劑等構成，混凝土材料80%的水分受到水泥水熱影響會蒸發，混凝土材料中的水分蒸發，導致混凝土體積收縮，造成收縮裂縫［4]。因此，與普通的混凝土結構相比，大體積混凝土結構的裂縫控制要求更高，否則容易出現大范圍的混凝土裂縫和結構變形，從而影響到大體積混凝土結構的施工質量。

2 工程概況

某建筑工程為商業建筑，分為A、B兩棟，前后兩棟建筑間隔距離為9.8米，左右相隔距離為20.8米，總建筑面積為7.8萬平方米，一共由26層，其中地下兩層，主要作為車庫、機電設備房、人防工程和物業管理房，地上裙樓為商業用房，屋檐高度為16.2米，首層高度為5.2米，二層和三層層高為4.8米，二層和三層設置走廊。主樓為公寓酒店，面積為5.0萬平方米；地上建筑為24層，標準層高為3.2米，每一棟建筑設置四部電梯，兩處疏散樓梯，電纜井和管道井。該商業建筑的底板厚度為800mm，混凝土澆筑面積超過6500立方米，屬于大體積混凝土，為了減少大體積混凝土澆筑裂縫，采用分層分段澆筑，每一個分段的工程量相同，基礎底板和地下室外墻的基礎采用大體積收縮混凝土，其他位置的混凝土為商品混凝土。建筑工程施工現場的抗震烈度為8度，基本風壓為0.5kN/m2，基本雪壓為0.25kN/m2，施工地區的氣候為溫帶季風氣候，夏季炎熱、氣溫比較高，冬季寒冷，氣溫比較低，晝夜溫差比較大，增加了建筑施工難度。由于該建筑基礎采用大體積混凝土結構，混凝土澆筑過程中，必須嚴格控制混凝土結構的溫差，確保大體積混凝土結構的施工質量。該工程施工地區位于市中心，交通便利，混凝土澆筑過程中，可以與交通部門進行協調實施交通管制，確保混凝土可以連續澆筑。部分零星位置采用攪拌機配置混凝土進行澆筑，因此還需要配置4臺混凝土攪拌機。

3 建筑工程大體積混凝土澆筑施工技術分析

3.1 混凝土配比優化設計

混凝土由砂石、水泥、水、添加劑等材料混合而成，混凝土材料本身是一種非均勻、多孔材料，原材料的質量直接關系到大體積混凝土施工質量。為了確保混凝土結構的質量，此次工程選擇的膠凝材料為普通硅酸鹽水泥，其中水泥使用水泥的總量占整個混凝土材料質量的10-15%，細度膜數為7.8%，初凝時間為320分鐘；砂石骨料是混凝土結構的骨架，起到填充的作用，砂石骨料分為粗骨料和細骨料，粗骨料指卵石和碎石，細骨料指的是天然砂和人工砂。混凝土的和易性、耐久性與混凝土骨料硬度、含水量、含泥量息息相關，所以必須控制混凝土骨料的級配、雜質。混凝土的細骨料必須按照 《建筑工程混凝土施工規范》DL/T5144-2015的要求，細砂模數控制在2.8-2.85之間，含泥量小于3%，不允許骨料中含有泥塊。粗骨料的最大粒徑小于150mm，含水率小于1%。施工用水為市政公司的自來水，水質基本可以達到國家規定的標準和要求。為了避免大體積混凝土澆筑面積過大，導致混凝土結構裂縫，還需要在混凝土材料中增加添加劑，常見的添加劑有粉煤灰、礦渣、減水劑等，粉煤灰、礦渣可以起到膠凝材料的作用，減少混凝土材料中堿-集料的反應，避免由于施工過程中大體積混凝土溫差應力過大，導致混凝土裂縫。粉煤灰和礦渣主要來火電廠，其質量符合國家規定的要求，粉煤灰的堿含量小于2%，燒失量小于3%，氧化鈣的含量控制在5%以內。還可以增加一定的減水劑，減水劑可以減少水分的蒸發，減少混凝土材料的收縮裂縫。混凝土材料配比關系到基礎工程的強度、耐久性、抗拉強度和施工質量。因此，在施工過程中，必須優化混凝土材料的配比，降低水泥用量和控制大體積混凝土的溫差裂縫和變形。結合當地施工氣候環境，此次建筑工程的混凝土強度設計為C40，配比強度不能低于設計強度，并考慮到混凝土材料的和易性和坍落度。通過試驗，得出兩種混凝土配比，并送至實驗室進行復查，其檢查結果如下：

表1 C40混凝土配比設計試驗結果

經過監理工程師和業主單位審核確定，4號混凝土配比作為本工程底板混凝土的配比方案。商品混凝土的配置必須嚴格按照該配比進行配置，攪拌機配置的混凝土也應按照這個標準進行配置，確保混凝土結構的一致性，以免因為配比不統一，導致混凝土裂縫。

3.2 完善工程的前期準備

施工前期的準備工作關系到施工進度，由于大體積混凝土澆筑施工技術涉及到的施工區域面積廣、材料多、人員多，施工前必須做好相應的人力準備、物力準備。施工前，施工單位必須按照業主要求，辦理施工許可文件和環評批復，確保工程順利實施。首先，做好施工人員準備，工程技術負責人做好技術交底工作，組織現場所有的施工人員進行培訓，讓他們了解建筑工程的設計方案和設計圖紙，并向他們講解大體積混凝土澆筑工藝流程，對大體積混凝土澆筑的重點環節和關鍵環節進行詳細的說明。本項目前期使用商品混凝土，在商混站取樣后送有資質的專檢機構做材料配合比試驗，并核查施工人員是否具備相關崗位資格證，只有具備相關崗位資格證書，才能上崗工作。其次，要做好現場的準備工作，根據地質勘查報告，了解施工現場的地貌地形、地質結構、地下埋設管道管線、道路運輸情況、臨近建筑以及地下障礙物等，然后按照施工方案進行組織人員施工［6]。施工區域的地下管線、電纜、給排水管道必須詳細了解，并上報監理工程師進行處理。地基基礎開挖土方除了預留的填埋土方堆放在現場外，其他的全部外運。根據施工需求，安排水、電源，道路，排水、支護結構等各項基礎設施。大體積混凝土澆筑過程需要攪拌機、運輸車、料斗、串筒、振動器等機械設備。根據本工程的施工方案并結合各個分部分項的施工工序，制定施工機械設備的進出場計劃，讓各個機械設備有序運行。機械設備運輸到現場后，還需要對機械設備的性能進行檢查，檢查機械設備的各項性能是否正常，各個零部件是否松動，確認正常以后才能進入施工現場。此外，還要做好現場的物資準備。建筑工程大體積混凝土澆筑面積超過了6000立方米，所需的水泥、砂石骨料、粉煤灰的數量比較多，在施工前，必須做好物資的采購，按照施工進度，采購相應的物資。對于原材料必須有出廠合格證，要認真做好檢驗工作，按規定進行分批驗收，并取樣送試，檢驗合格后方可用于工程中。混凝士澆筑前提前需要給攪拌站提供混凝土供應需求，并要求攪拌站做好供應運輸準備。水泥受潮容易硬化，水泥運輸到現場后，需要進行有效的保管，防止受潮。

3.3 規劃具體施工的方案

1）攪拌技術，根據建筑工程施工方案，配置了4臺攪拌機，負責生產零星結構混凝土。大部分的混凝土采用商品混凝土，確保混凝土質量穩定。小量零星混凝土按照商品混凝土的配比進行配置，采用同一種型號的水泥、同等級的砂石骨料和添加劑。混凝土攪拌前，攪拌站工作人員必須檢查現場的砂石含水率、粉煤灰、減水劑是否施工要求，并根據檢測結果、施工環境以及工作性能及時調整設計配比，讓混凝土的配比和水灰比符合設計要求。攪拌機正式開始工作前，需要加水空轉5-10分鐘，然后將水放干凈，可以將攪拌機內的灰塵和雜質排出去，以免影響到混凝土的質量。攪拌機由物料存儲系統、物料稱重系統、物料運輸系統、攪拌系統、粉料存儲系統、粉料運輸系統、粉料計量系統、水和添加劑計量系統、控制系統以及其他附屬設備構成。其中控制系統是整個攪拌技術的核心，可以結合工程的實際需求，設置不同的功能和配置參數。攪拌混凝土時，必須嚴格按照混凝土配比、攪拌時間輸入相應的數據，并按照各個原料的質量計量，配料按照配料單進行稱量。在稱量的時候，水泥、粉煤灰膠凝材料的質量允許偏差控制在±1%；減水劑、膨脹劑等添加劑的質量允許偏差控制在±1%；粗細骨料的質量允許偏差控制在±2%；攪拌用水質量允許偏差控制在±1%。混凝土原材料的投放順序分別是粗骨料、細骨料、水泥、粉煤灰、水、減水劑。其中粉煤灰投入時需要攪拌30秒，加入水時需要攪拌60秒，加入減水劑需要攪拌30秒。如果采用其他投料順序，需要經過試驗確定攪拌時間，確保混凝土材料攪拌均勻。初次攪拌時，采用手動操作，直到確認電氣元件動作安全可靠，攪拌的混凝土質量符合施工要求時，可以采用自動生產模式。混凝土攪拌過程中，24小時需要抽樣2次檢查是否符合施工要求。

2）添加劑投放，根據大體積混凝土的施工要求，需要在混凝土材料中添加粉煤灰、礦渣、高效減水劑、膨脹劑，提高混凝土材料的密度，降低混凝土材料水分蒸發速度。粉煤灰是火電廠鍋爐燃燒以后，煙氣排放后通過布袋除塵器收集到的細粉，主要由氧化鈣、氧化硅等構成，是一種多孔蜂窩狀的顆粒結構，具有很強的吸水性和吸附性，將其摻入到混凝土材料中，可以減少水泥與砂石骨料的孔隙，增加水泥的凝聚力，讓水滲透到混凝土結構內部，提高混凝土結構的致密性。礦渣是鋼鐵冶煉冷萃后的副產品，含有氧化鈣、氧化鋁等礦物質，將其摻入到混凝土材料中，可以降低混凝土中的水泥水熱化反應，促使水泥水化過程中生成更多的CS-H凝膠，降低水泥泥漿的孔隙率。

3）分層澆筑，本建筑工程采用分層澆筑，澆筑前，需要清除混凝土結構模板的水泥、灰塵等雜物，以免影響到澆筑質量。混凝土采用連續澆筑方式，各個工序應該緊密連接。建筑工程底板澆筑面積大、澆筑量大，施工過程盡量集中，按照澆筑順序進行澆筑，以免造成施工縫［7]。在澆筑過程中，攪拌機的運輸泵管振動過大，可能造成底板鋼筋移位，在澆筑的時候，需要在泵管下架設鋼管支架。泵送混凝土的坍落度比較大，還需要對澆筑的混凝土進行振搗，將混凝土內部的氣泡排出來，混凝土振搗棒從四周向中間進行振搗，振搗棒必須插入下層5-100mm位置，以免分層導致混凝土施工分析，底板厚度為800mm，分層澆筑的厚度為400mm。按照快插慢拔的方式振搗，振搗按照施工進度進行，避免漏振或者少振，振搗均勻并盡量不與下層的模板碰觸，以免造成模板移位。每一處振搗的時間不能少于25秒，直到混凝土表面沒有泛出灰漿，沒有氣泡冒出，則可以進行下一處振搗。下一層振搗前，需要將上一層混凝土結構振搗完才能進入到下一層。混凝土澆筑后，在混凝土材料初凝前，需要用木抹子對混凝土表面進行二次抹壓，搓出灰漿，并將混凝土表面進行收光后進行養護。

4）后期養護，混凝土澆筑后，還需要及時進行養護，一般養護時間為7-15天。通過混凝土養護，可以降低大體積混凝土內外溫差，提高混凝土抗拉強度。大體積混凝土養護方式有灑水養護、覆蓋塑料薄膜、鋪設稻草以及涂抹養護劑等方式。混凝土澆筑初凝后，可以在底板混凝土結構上覆蓋一層塑料薄膜，在塑料薄膜上面覆蓋草袋可以起到隔熱保溫作用，有效防止混凝土外部過快下降，導致內外溫差應力或者自收縮性導致的混凝土裂縫。如果在夏季施工，天氣炎熱，為防止水分過快蒸發，還需要在覆蓋草袋上灑水，降低水分的蒸發速度。大體積混凝土澆筑養護后，其硬化強度達到設計強度的70%以后，才能拆除模板。如果需要在底板上作業，則需要確保大體積混凝土的強度100%達到設計要求。在拆除混凝土結構模板的時候，必須堅持從下至上，從四周向中間拆除，防止混凝土模板突然掉落，造成安全事故。

4 結語

大體積混凝土的體積大、澆筑量大，對澆筑施工技術要求比較高，否則，容易出現水泥水熱化造成的溫度裂縫和收縮裂縫，影響到大體積混凝土結構的質量。因此，在施工過程中，必須優化混凝土材料配比，選擇合適的添加劑，嚴格控制混凝土澆筑過程，確保混凝土澆筑質量。當前，我國大體積混凝土的裂縫控制技術主要集中在混凝土材料性能、大體積混凝土配比以及混凝土澆筑養護等方面的研究，還需要進一步加強低熱水泥、混凝土表面保溫技術的研究。