大體積混凝土施工技術研究

馮 濤 肖風光 張林飛 李 強 楊大偉

（中建七局第四建筑有限公司，陜西 西安 710016）

從混凝土結構在施工中存在的病害發現，無論是施工中混凝土內外溫度差過大，或是混凝土受到周邊結構體系的約束，都會在竣工后出現變形、裂縫等方面的病害。此種病害會縮短工程結構的使用年限，嚴重情況下甚至會出現結構失穩等方面的問題。因此，下文將以某工程為實例，設計優化的施工方案。

1 工程概況

此次研究以某地區綜合樓群為例，所選的施工對象屬于高層現澆結構，共包括地下2層與地上28層，建筑總高度約為107m。基礎底板結構尺寸為38m×38m×1.75m，設計的混凝土材料強度等級為C40，結構抗滲等級為P8，預設單次澆筑施工量為2315m3。澆筑的底板結構上存在配筋，配筋主要為五層雙向鋼筋網結構，除中間層，上下兩層分別為Φ22@125，設計此結構的配筋率為0.45%。

在對此項目深入研究中發現，該項目具有體積大、強度高、施工作業環境復雜、鋼筋密度高等特點，為確保施工成果符合設計需求，此次施工采用連續澆搗的方式實施，通過此種方式降低或避免澆筑工程出現施工縫。此外，在施工中，為避免結構受到外界環境或自身條件等因素的影響，需要做好結構溫度應力的控制，只有落實與此方面相關的工作，才能確保施工成果在符合耐久性與強度的基礎上，滿足施工方對結構的剛度需求。

2 大體積混凝土施工技術

2.1 混凝土拌制

針對大體積混凝土建筑，在澆筑前需要先拌制混凝土澆筑材料。基于上述工程概況，選用強度等級為C40的混凝土材料，其抗滲等級為P8。拌制過程中需要用到的材料包括水泥、骨料、砂、緩凝劑等材料[1]。其中，對于水泥的選擇，選用P·O42.5規格的水泥材料，其中水泥用量約為350kg/m3。對于材料當中骨料的選擇，分粗骨料和細骨料兩種，前者選用碎石材料，后者選用中砂材料[2]。為確保澆筑效果，要求碎石材料含泥量不得超過1%，中砂含泥量不得超過3%。對于混凝土澆筑材料當中的砂率應當控制在40%～50%之間，對于混凝土水灰比的控制應當要求在0.38～0.40范圍內。為了確保上述建筑項目施工后混凝土結構的穩定，將其坍落度的幅度控制在150mm～160mm范圍內。同時，在入泵之前，要求混凝土結構的坍落度損失不得超過25mm/h[3]。根據施工現場的實際情況，在混凝土澆筑材料當中可以適當添加緩凝劑，利用其實現對混凝土結構初凝時間的控制，根據混凝土初凝時間在6h～8h范圍內的要求，添加適量緩凝劑[4]。選用密度為1.586g/cm3、可溶于水、顏色為白色的緩凝劑，在拌制前需要將緩凝劑放置在陰涼干燥處存儲。通過緩凝劑的加入能夠有效延遲混凝土結構初凝時間，并以此達到降低其水化反應熱速度的作用。為了防止在后續澆筑和其他工序施工中出現冷裂縫產生，混凝土的供應量應當控制在1.1hLb/t以上[5]。對于上述大體積混凝土建筑結構而言，其基礎底板位置上混凝土的澆筑長度不得超過50.2m，寬度不得超過30.2m，厚度不得超過0.62m。在按照上述內容完成對混凝土澆筑材料的拌制后，需要進行坍落度試驗，針對運輸到施工現場的澆筑材料分批次進行試驗，確保每一批次的混凝土強度等級均符合規定要求，同時在這一過程中對澆筑部位的相關信息進行復核，為后續澆筑效果提供保障。

2.2 混凝土澆筑與養護

在拌制完成混凝土澆筑材料后，開始澆筑施工，基于上述工程項目的施工要求，采用分層分段澆筑方式，其基本結構如圖1所示。

圖1 混凝土分層分段澆筑基本結構示意圖

在澆筑過程中，為確保施工質量，不得隨意在澆筑結構上留施工縫，同時還需要符合下述施工要求：

第一，對于混凝土澆筑的厚度應當結合所使用的振搗裝置深度以及混凝土和易性進行判斷[6]。當采用泵送的方式澆筑混凝土澆筑材料時，則其澆筑厚度不應超過500mm；當采用非泵送的方式澆筑混凝土澆筑材料時，則混凝土的澆筑厚度不應超過300mm。

第二，在采用上述分層分段澆筑方式時，其各個層級之間的間隔時間應當盡量短些，在前一層初凝之前確保后一層澆筑完畢。

除此之外，施工中還會產生水平施工縫，針對這一結構應當按照下述論述內容對其進行合理設置：在澆筑前需要清除表面浮漿以及軟弱的混凝土層上石子，并確保露出的粗骨料分布均勻；在上一層混凝土澆筑前，需要采用壓力水沖洗的方式，將其表面雜質清除，并提高澆筑表面的濕潤度，但不得存在積水現象[7]。

在完成對大體積混凝土的澆筑后，還需要結合溫控技術，實現對其保溫養護處理[8]。在養護處理過程中，保溫養護覆蓋材料的厚度計算式見式（1）。

式中δ-保溫養護覆蓋材料的厚度；

H-混凝土結構本身厚度；

λ1-保溫材料的導熱系數；

Tb-混凝土結構表面溫度；

Tq-完成澆筑施工后5d時間的平均溫度數值；

λ-混凝土材料的導熱系數；

Tmax-混凝土結構中心位置的最高溫度。

按照上述計算公式，確定保溫養護所需覆蓋材料的厚度，嚴格按照計算結果進行實際保溫養護。同時，為了避免其他原因造成裂縫的產生，嚴禁使用強制的降溫手段。在完成澆筑和養護后，針對標高在土層以下的結構應當及時進行回填土施工，針對土層以上的結構需要及時覆蓋，澆筑結構在施工完畢前不得超時間暴露在風吹日曬的環境當中，以此完成整個施工過程。

3 實例分析

根據工程施工現場需求，選用C40強度等級的混凝土進行澆筑施工。施工前，先進行混凝土的配合比設計，結合澆筑施工要求，選用P.O42.5的常規硅酸鹽水泥作為原材料，在材料中摻入緩凝減水劑（LFS）、粉煤灰與膨脹試劑（UEA），用于優化混凝土材料的綜合性能。設計配合比見表1。

表1 混凝土配合比設計

為避免在施工中出現混凝土開裂方面的問題，在中間部位設置雙層溫度筋，通過此種方式，實現對整體構造配筋率的有效提升，從而發揮混凝土中不同試劑的更高效能，達到優化構造抗裂性目標的同時，實現對其應力分散的處理。

完成上述準備工作后，為檢驗施工方案是否能在實際應用中達到預期，在澆筑時需進行混凝土溫度的監測，通過此種方式感知澆筑過程中溫度應力的分布情況。利用輔助電子儀器進行測溫，將此儀器與監測主機設備之間建立通信連接，測溫時，操作儀器點擊電源開啟按鈕，將插頭插入主機插座中，此時顯示屏幕上便可以實現對測點溫度的實時展示。監測過程中應明確所選的測點在澆筑結構中具有代表性，根據現場施工要求，溫度監測點的布置如圖2所示。

圖2 溫度監測點的布置

圖2中J1～J8為平面上的8個溫度監測點。為進一步實現在監測過程中對混凝土內外溫度差的感知，還應在此基礎上，設計溫度監測點的深度，如圖3所示。

圖3 溫度監測點深度設計

根據相關文件要求，澆筑施工過程中，混凝土內部結構與外部表層之間的溫度差應不超過25℃，混凝土結構面層與大氣環境之間的溫度差應不超過20℃，只有滿足此要求，才能避免澆筑結構出現裂縫。按照此標準，進行混凝土澆筑過程中溫度的監測，整理監測過程中的反饋數值，見表2。

表2 混凝土施工過程中的溫度反饋值

從上述實驗結果可知，測點溫度均符合標準，證明設計的施工方法滿足施工質量要求。

4 結語

混凝土材料是建筑工程施工中的主要材料之一，為實現對混凝土材料結構性能的全面優化，施工方設計了多種混凝土外加劑，但相關工作的實施并未能實現在施工中取得預期的效果。因此本文開展此次研究，此次設計的施工方法在經過實踐檢驗后證實了具有較好的效果，可以實現在施工中對混凝土結構溫度的有效控制，通過此種方式降低混凝土結構裂縫等病害的發生概率，進一步實現對工程質量的優化。