大體積混凝土施工技術(shù)

王海霞

（淮安中遠(yuǎn)工程檢測有限公司，江蘇淮安 223001）

0.概述

目前，橋梁大體積混凝土承臺結(jié)構(gòu)使用較為普遍，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)外部裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降、耐久性降低。如何集中精力就大體積混凝土裂縫成因、預(yù)防措施，設(shè)計優(yōu)化、方案針對性處置措施、養(yǎng)護技術(shù)等方面進行研究，總結(jié)出一套技術(shù)成熟可行，成品優(yōu)良的裂縫技術(shù)措施，全方位、多角度地控制大體積混凝土的裂縫，本文解析這些技術(shù)措施包括原材料、新工藝、內(nèi)部降溫措施、溫度監(jiān)控等。

1.本文研究的內(nèi)容及意義

針對大體積混凝土的裂縫預(yù)防提出技術(shù)措施，并通過工程實體項目進行驗證，最終拿出方案可行，成果優(yōu)良的全套技術(shù)方案，供后續(xù)工程項目中大體積混土施工參考，為各類大體積混凝土施工提供借鑒經(jīng)驗。

2.大體積混凝土預(yù)防裂縫

在實踐中大體積混凝土[1]出現(xiàn)的裂縫主要是成型初期內(nèi)部溫度與內(nèi)表溫差控制不到位，使用的各種材料質(zhì)量、水溫等控制不到位。針對存在問題，提出幾點預(yù)防建議。

（1）原材料方面：從水泥、砂石骨料、減水劑與摻和料的選用。

（2）配合比設(shè)計方面：1）使用緩凝型減水劑和粉煤灰、粒化高爐礦渣粉等摻合料；2）嚴(yán)控粗細(xì)集料粉塵含量，選擇最佳施工坍落度，降低配合比設(shè)計中的水泥選用量，做到低熱、高強、穩(wěn)定等性能。

（3）施工方面：1）砂、石材料覆蓋到位，拌和水冰塊降溫，水泥儲存罐采取反光包裹、遮陽、防曬等措施，控制各種材料的入倉溫度，保證拌和物出倉溫度符合要求；2）充分發(fā)揮養(yǎng)護作用及粉煤灰混凝土的后期強度增長優(yōu)勢，合理降低用水量，減少水泥用量，弱化水化熱和結(jié)構(gòu)體積收縮的影響。3）施工澆工必須嚴(yán)格分層、分塊循序澆筑，分塊分層的尺度根據(jù)施工方案中溫控設(shè)計的要求及現(xiàn)場人工澆筑能力合理確定，出現(xiàn)不妥及時優(yōu)化調(diào)整。4）加強混凝土澆筑與振搗質(zhì)量，保證混凝土成型后均勻密實與結(jié)構(gòu)強度，無漏振過振現(xiàn)象；5）分層設(shè)置冷卻水管，宜控制在層間距不大于1m，冷卻水管宜采用金屬材質(zhì)等降溫快的水管，不得采用塑料管材；6）模板宜采用竹膠板、木模等保溫性好的模板，盡可能避免使用鋼模板，以延緩混凝土表面失溫速度，降低結(jié)構(gòu)溫變裂縫。7）對于澆筑完成的混凝土結(jié)構(gòu)，拆模時混凝土的強度及內(nèi)外溫差均應(yīng)符合規(guī)范與設(shè)計要求，不得在無溫度監(jiān)控、無強度結(jié)果情況下擅自折模；8）嚴(yán)格“內(nèi)降外保”措施，混凝土的溫度監(jiān)控要嚴(yán)格，從內(nèi)部、表面、空氣溫度等3個方面監(jiān)控，使混凝土各項溫度指標(biāo)處于可控范圍內(nèi)，避免因溫度指標(biāo)變化產(chǎn)生應(yīng)力裂縫與貫穿裂縫，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與耐久性；9）做好蓄水保溫，利用混凝土內(nèi)部冷卻降溫時循環(huán)出的水作為構(gòu)件外部包裹保溫養(yǎng)護用水，因為經(jīng)構(gòu)件內(nèi)部循環(huán)后排出水的溫度基本滿足混凝土結(jié)構(gòu)外表面的溫度保護要求。

（4）工程設(shè)計方面：1）通過提高圖紙中增配結(jié)構(gòu)構(gòu)造鋼筋，提高混凝土鋼筋保護層厚度設(shè)計指標(biāo)，提高結(jié)構(gòu)抗裂、抗拉性能[2]；2）對結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中、易開裂的薄弱環(huán)節(jié)，加強振搗等工藝處理，提高結(jié)構(gòu)彈性模量，以抵消結(jié)構(gòu)的溫變變形；3）結(jié)合施工現(xiàn)場的氣候條件制訂合理施工方案，明確澆筑時間、分層、振搗等工藝方法。4）可對邊緣部位提高其配筋率或增加鋼筋網(wǎng)片布設(shè)以提高鋼筋混凝土的綜合抗拉強度，提高抗裂性能；5）在設(shè)計中明確冷卻水管的布設(shè)方法與溫度監(jiān)控要求，同時對內(nèi)外部溫度監(jiān)控點做出詳細(xì)設(shè)計圖表。

3.大體積混凝土施工實例

本文以筆者參與建設(shè)的某大橋柱墩承臺施工為例介紹大體積混凝土相關(guān)施工技術(shù)。

3.1 工程概況

本工程主墩的承臺為矩形墩，結(jié)構(gòu)尺寸為12.75m×3.0m，采用C40強度混凝土，主墩承臺采用獨立分離式，承臺尺寸16.4m×7.4m×3m，采用C35強度混凝土，主墩封底混凝土厚度0.5m，采用C20水下混凝土，每個承臺下設(shè)置8根直徑1.8m，72m（南岸）/70m（北岸）長鉆孔灌注樁，縱向2排，橫向四排，呈矩形布置，按摩擦樁設(shè)計，采用C30水下混凝土澆筑。

3.2 施工方案

（1）優(yōu)選混凝土原材料。

1）水泥：中聯(lián)產(chǎn)水泥P·O42.5級普通硅酸鹽水泥。

2）摻合料：Ⅱ級粉煤灰，廠家：淮安華能電廠，各項檢測指標(biāo)符合規(guī)范要求。

3）粗細(xì)集料：使用的集料連續(xù)級配（4.75mm～31.5mm），粗細(xì)比例為7∶3；細(xì)集料用中砂，各項性能指標(biāo)符合規(guī)范與設(shè)計要求；細(xì)集料采用河砂，含泥量為1.5%，石子的含泥量為0.8%。

4）水：采用河水，各項指標(biāo)外委檢測合格，符合要求[3]。

（2）優(yōu)化砼配合比。配合比設(shè)計以60天齡期的抗壓強度作為標(biāo)準(zhǔn)，塌落度設(shè)計值為120mm～160mm，實測值為150mm，工作性良好[4]。具體配合比如表1所示。

（3）混凝土攪拌和運輸。

（4）模板工程。

（5）冷卻水管布。

（6）溫度監(jiān)控點布。

（7）承臺澆筑和振搗。

（8）承臺大體積砼施工采取的控制措施。

1）混凝土溫控指標(biāo)。溫度監(jiān)控目標(biāo)。溫度監(jiān)控、監(jiān)測目標(biāo)是使大體積混凝土內(nèi)部的溫度變幅按規(guī)范規(guī)定的降溫方向與速率發(fā)展，同時防止溫度裂縫的產(chǎn)生或把裂縫控制在最小范圍內(nèi)。控制目標(biāo)主要包括如以幾點：①強化降低內(nèi)外溫差的重要性，并將溫差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，使水泥混凝土內(nèi)溫度分布盡量均勻與失溫速度在受控范圍內(nèi)。②要按規(guī)定速率降低混凝土核心部位最高溫度和最高升溫幅度。③嚴(yán)格控制上下、內(nèi)外層溫差，以防止因此造成的層間收縮裂縫。④對基礎(chǔ)溫差也要控制，以防止水泥混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)貫穿性不可逆型裂縫。⑤嚴(yán)格控制水泥混凝土內(nèi)部降溫速率，避免出現(xiàn)冷擊現(xiàn)象。

水泥混凝土各部位溫度控制具體目標(biāo)參照規(guī)范與設(shè)計要求執(zhí)行。

監(jiān)控目標(biāo)的指導(dǎo)值：①水泥混凝土混合物入模溫度不得高于26℃。②水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部降溫速率宜控制在不大于2℃/d范圍內(nèi)。③水泥混凝土內(nèi)外部溫度差值控制控制在25℃以內(nèi)。④進水口與出水口溫度差值宜控制在小于10℃以內(nèi)。⑤水泥混凝土構(gòu)件的內(nèi)部最高溫度控制在小于75℃范圍內(nèi)。⑥構(gòu)件養(yǎng)護水溫與混凝土外表面溫度差值控制在小于15℃范圍內(nèi)。

2）澆筑溫度的控制。降低出倉溫度對控制混凝土裂縫起到非常重要的作用。相同配合比的水泥混凝土，入模溫度較高的水泥混凝土溫升值要比入模溫度低的水泥混凝土大很多。同時水泥混凝土的出倉入模溫度應(yīng)根據(jù)當(dāng)天氣溫進行適時調(diào)整。在夏季炎熱不超過28℃，冬季低溫不低于5℃。在水泥混凝土拌制前，應(yīng)測量水泥、砂、石、水等原材料的溫度，通過估算得出澆筑時混凝土的溫度。若水泥混凝土澆筑溫度不在控制要求內(nèi)，則應(yīng)采取相應(yīng)措施降低混凝土出倉溫度：①拌和用水宜采用地下水，當(dāng)施工氣溫較高時，在拌和前半小時內(nèi)抽取，隨抽隨用，或采取地下水加冰水措施降溫。②骨料堆高，底層取料、用水噴淋骨料降溫。③水泥使用前盡量延長存放期限，做到充分冷卻。④水泥混凝土升溫階段，為降低最高溫升，應(yīng)對模板及混凝土表面進行緩慢冷卻，如灑水降溫、避免暴曬等。⑤當(dāng)氣溫高于入倉溫度時，應(yīng)加快運輸和水泥混凝土入倉速度，減少混凝土在運輸和澆筑過程中的溫度回升。混凝土輸送管外用草袋遮陽，并經(jīng)常灑水。運輸車輛做好保溫防護措施。⑥要避免模板和新澆筑混凝土受陽光直射，入模前的模板與鋼筋溫度以及附近的局部氣溫不得超過40℃。

3）內(nèi)表溫差控制。對于大體積水泥混凝土，由于水化熱會使水泥混凝土內(nèi)部溫度持續(xù)升高，如果氣溫不是過低，在升溫和高溫階段應(yīng)加強散熱，如模板灑水降溫、循環(huán)水降溫等。當(dāng)混凝土處于降溫階段則要保溫覆蓋以降低降溫速率。

當(dāng)施工氣溫急劇下降或氣溫低于5℃時，采用塑料薄膜、棉被等施養(yǎng)護。濕養(yǎng)護的同時，還要控制水泥混凝土的溫度變化。根據(jù)季節(jié)不同采取不同的保溫和散熱措施，以保證水泥混凝土內(nèi)表溫差及氣溫與混凝土表面的溫差在控制范圍內(nèi)。

4）澆筑防裂控制。在水泥混凝土硬化過程中由于水泥混凝土硬化期間水化過程釋放的水化熱和澆筑溫度所產(chǎn)生的溫度變化和水泥混凝土收縮的共同作用，容易產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。在水泥混凝土澆筑過程中主要采取以下方法來預(yù)防承臺出現(xiàn)裂縫：①盡量減少水泥用量，增加外加劑、摻合料用量，以控制水化熱。②為降低混凝土內(nèi)部溫度，混凝土澆筑時間一般選在下午或晚上。③混凝土澆筑完成以后，及時對側(cè)模板進行灑水降溫，當(dāng)混凝土終凝后及時對承臺表面進行養(yǎng)護。④在承臺側(cè)面、表面按照設(shè)計要求設(shè)置D6帶肋鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)孔尺寸為10cm×10cm。

（9）承臺養(yǎng)護。水泥混凝土振搗完畢，應(yīng)及時采取保濕保溫措施對混凝土進行養(yǎng)護。當(dāng)新澆混凝土具有暴露面時，先將暴露面混凝土抹平，再用麻布將暴露面覆蓋，其上部采用棉被覆蓋保溫養(yǎng)護14天以上。混凝土采用帶模養(yǎng)護方式養(yǎng)護，同時保證模板接縫處混凝土不失水干燥。

當(dāng)水泥混凝土強度滿足拆模要求，且內(nèi)部混凝土與表層混凝土之間的溫差、表層混凝土與環(huán)境之間的溫差均不大于20℃時，方可拆模。拆模后，迅速采用塑料布或帆布對混凝土進行后期養(yǎng)護。

混凝土養(yǎng)護期間，應(yīng)對有代表性的結(jié)構(gòu)按方案要求進行溫度監(jiān)控，定時測定混凝土內(nèi)部溫度、表層溫度以及環(huán)境氣溫、相對濕度、風(fēng)速等參數(shù)，并根據(jù)水泥混凝土溫度和環(huán)境參數(shù)的變化情況及時調(diào)整養(yǎng)護措施，嚴(yán)格控制水泥混凝土的內(nèi)外溫差滿足規(guī)范與設(shè)計要求。

本工程承臺養(yǎng)護以“外部保溫保濕，內(nèi)部降溫”結(jié)合“蓄水保溫”為原則。混凝土澆筑開始時即開始對冷卻水管通冷水，直至通水半個月。水泥混凝土澆注完成后，應(yīng)對混凝土裸露面及時進行修整、抹平，待初凝后及時二次抹面收光。砼初凝后，覆蓋土工布灑水養(yǎng)護。對于日平均溫度低于5℃的天氣，拆模后立即對承臺包裹塑料薄膜并加蓋棉被保溫，防止混凝土內(nèi)外溫差過大引起承臺出現(xiàn)溫度裂縫。養(yǎng)生期不少于14天，養(yǎng)生用水采用冷卻水管內(nèi)的流出水，通過專人及時、不間斷灑水，每天灑水的次數(shù)以能保持混凝土表面經(jīng)常處于濕潤狀態(tài)為度，避免砼表面出現(xiàn)干濕循環(huán)。側(cè)面以內(nèi)部循環(huán)冷卻水為集蓄后浸水養(yǎng)護，養(yǎng)護水與內(nèi)部冷卻水循環(huán)使用，在環(huán)境溫度低于5℃時不再對混凝土表面進行灑水。

（10）施工注意事項。在拆模后及時對結(jié)構(gòu)物進行灑水或滴漏養(yǎng)護，達到既保濕又防止污染的目的。混凝土的拆模灑水養(yǎng)護時間一般不小于7天，可根據(jù)空氣的濕度及周圍環(huán)境情況適當(dāng)增加或縮短；當(dāng)氣溫小于5℃時，應(yīng)采取蓄熱養(yǎng)護。

混凝土坍落度可根據(jù)現(xiàn)場氣溫適當(dāng)控制，一般情況下，混凝土在入模后，應(yīng)保持在5cm～7cm，泵送混凝土可保持在12cm～14cm。

如表2所示，根據(jù)構(gòu)件外表度、內(nèi)部、空氣等部位14天溫度監(jiān)測結(jié)果，未出現(xiàn)內(nèi)部溫度大于75℃，內(nèi)表溫差大于25℃，混凝土表面與大氣溫差大于20℃等情況。日降溫速率基本控制在2℃/d，且養(yǎng)護過程中做到了降溫水管進口與出口溫差在10℃以下，循環(huán)水溫與混凝土內(nèi)部溫度差較好地控制在15℃以內(nèi)，構(gòu)件外圍養(yǎng)護水溫度與混凝土表面溫度差控制在10℃以內(nèi)，構(gòu)件溫度控制圓滿成功[5]。

表2 溫度監(jiān)控結(jié)果

4.結(jié)論

通過對建筑材料的優(yōu)選、配合比與施工工藝的優(yōu)化，施工設(shè)計圖紙的針對性調(diào)整，循環(huán)水降溫措施與蓄水保溫養(yǎng)護技術(shù)的使用，養(yǎng)護技術(shù)的精心實施，混凝土各部位溫度的有效監(jiān)控，脫模后的大體積混凝土未出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，構(gòu)件總體質(zhì)量優(yōu)良。表明通過技術(shù)優(yōu)化與精心控制，各類大體積混凝土構(gòu)件質(zhì)量可以得到較好保證，大體積混凝土裂縫通病可以得到較好的預(yù)防。