大體積混凝土結構施工技術在土木工程建筑中的應用分析

文／王緯卿 棗莊拓宇置業有限公司 山東棗莊 277000

鐘以聰 棗莊市工程建設監理有限公司 山東棗莊 277000

引言：

隨著城市規模不斷擴大，新建工程數量也隨之增多，并且多數為大規模、多功能的建筑形式，這也使得大體積混凝土結構施工技術應用越來越廣泛。大體積混凝土結構，顧名思義是比普通混凝土結構體積更大的混凝土結構，其結構承受荷載量更大，更容易產生水化熱現象，從而增加裂縫生成率。因此，大體積混凝土結構施工整體性要求高、技術要求高，想要保證土木工程整體施工質量，就必須要加強大體混凝土結構施工技術控制，最大程度上減少裂縫生成率。此外，還需要結合工程建設實際要求做好施工方案設計工作，在施工現場加強質量管理，第一時間發現問題、第一時間解決問題，保證大體積混凝土結構的整體施工效益。

1.大體積混凝土結構相關闡述

大體積混凝土結構是實體幾何尺寸不小于1m 的大體量混凝土結構[1]。當代高層建筑、大型建筑、綜合體建筑施工中均會涉及到大體積混凝土結構，其最大特點就是體積大、斷面大（各面幾何尺寸均在1m 以上），也正是由于該特性，導致大體積混凝土結構水化熱過于集中、內部溫度難以排出。一旦混凝土結構內外溫差過大，收縮應力大于抗拉應力，就會生成溫度裂縫，輕則影響建筑工程美觀性、重則影響土木工程結構的穩定性。

2.大體積混凝土結構出現裂縫的主要原因

2.1 水泥水化熱

水泥作為一種不穩定材料，遇水會產生水化熱化學反應，生成大量的熱能。大體積混凝土結構斷面厚度通常在1m 以上，大體積結構讓內部水化熱反應更加劇烈，且釋放熱量難以外排，集中在結構內部區域，而混凝土結構表面受到環境溫度影響會快速排熱。出現內部溫度高、外部溫度低的溫差梯度，而溫差梯度大小是影響裂縫生成的重要因素[2]。

2.2 外界溫度變化

混凝土對環境溫度變化十分敏感，再加上大體積混凝土由于工作量大，整個澆筑時間較長，在此期間周圍環境可能會出現較大波動情況。一旦周圍環境溫度迅速下降，則表面溫度也會隨之降低，內部溫度幾乎不受影響，產生較大的內外溫差和內外溫度應力，溫差越大越容易產生裂縫問題。

2.3 混凝土自收縮

2.3.1 水泥因素

水泥是混凝土結構的重要原材料，不同水泥的特性也存在差異，每種水泥都有自身的使用性能，其自收縮力也不同。通常情況下，早強水泥、鋁酸鹽水泥自收縮值更大一些，中低熱水泥自收縮值更小一些，而礦渣水泥在使用前期自收縮值較小，使用后期自收縮性較大。此外，不同細度的水泥其自收縮值也存在差異，水泥細度越大，其早期自收縮值就越大。

2.3.2 外加劑因素

為了緩解水泥的自收縮值，通常會通過加入高效減水劑提高流動系數，但所添加的各個類型、各個品牌減水劑對自收縮控制差距較小。一般情況下，減水劑可減少水泥50%的自收縮值，這是因為減水劑可以降低毛細水表面張力。膨脹劑不同種類對減少自收縮值的作用存在較大差異，如氧化鈣類型膨脹劑主要功能是減少全周期自收縮值，還有一些膨脹劑主要作用于早期自收縮值控制，對后期結構自收縮值作用不大。

2.3.3 礦物摻和料因素

當前建筑行業都在朝向綠色建筑方向發展，很多工程都在混凝土材料中添加礦物材料，從而減少其他原材料加入比例。如果單位面積礦渣添加量在400 m2/kg 時，隨著礦渣添加量增加其120 天內自收縮應力也會隨之增大，在單位面積礦渣添加量在338 m2/kg 時，其120 天內自收縮應力則不會隨之變大。硅灰添加值與混凝土自收縮值成正比，硅灰比值越大、自收縮值越大。粉煤灰添加比例與混凝土自收縮值成反比，粉煤灰添加比重越大、自收縮值越小，特別是混凝土澆筑早期階段，其控制自收縮性能十分明顯，但粉煤灰占比超過1/5 后，自收縮值減少效果變差。可見，礦物摻和料可以影響混凝土的自收縮值，錯誤使用礦物材料不僅在控制自收縮值方面作用不明顯，同時還會影響混凝土整體性能。

2.3.4 其他

水泥自收縮值的最大影響因素是溫度，特別是超出15-40℃溫度范圍，對水泥自收縮值和自收縮速度影響非常大。減少水灰比也會影響自收縮值和自收縮速度。混凝土養護也是控制裂縫的重要環節，如果養護不及時，會加大溫度對混凝土結構的影響。骨料占比也會影響混凝土的自收縮值，二者成反比關系，并且不同骨料對混凝土自收縮值影響也存在差異，人工骨料制作的混凝土要比自然骨料制作的混凝土自收縮值更低，而輕骨料由于密度較低、含水率較高，也會增大混凝土自收縮值[3]。

2.4 結構材料

結合建筑行業提出的相關標準施工是保證工程質量的基本要求，特別是大體積混凝土結構材料質量，會直接影響混凝土結構整體質量的根本原因。部分施工單位為了控制施工成本，在材料選擇中以低價材料為主，某些材料無法達到設計標準，如砂石骨料含水量過高，且沒有做好含水量監測，從而導致混凝土強度達不到施工要求。

3.大體積混凝土結構施工技術在土木工程中的應用

3.1 工程概況

某綜合體建筑是集商業、辦公公寓為一體的現代化建筑，包括辦公區域、住宅區域、地下車庫等，建筑總面積達到了2.4 萬m2。該建筑為鋼筋混凝土剪力墻結構，基礎底板厚度為250mm、混凝土總方量為800 m2以上，是典型的大體積混凝土結構。工程設計要求大體積混凝土連續澆筑時間在27 小時內。因此，在工程前期組織設計中，重點從固定地泵、配備運輸罐車、商品混凝土供給、行車路線優化、澆筑組預備、設備安排、澆筑分區、分層設計等諸多方面著手控制，認真布置施工現場、安排現場質量管理，預計混凝土澆筑速度達到30m3/h 以上，27 小時內連續澆筑完成最終任務。

3.2 施工準備工作

相比普通的混凝土建筑結構，大體積建筑結構施工技術要求更高，特別是要注重因水化熱引起溫差變化而產生的裂縫問題。所以在前期準備工作上應從材料選擇、混凝土配比、施工現場處理等方面著手，從而取確保大體積混凝土結構順利施工[4]。

3.2.1 材料選擇

（1）水泥。在水泥選擇中，考慮到普通水泥具有較高的水化熱，在大體積混凝土結構中熱量難以排出，導致結構內部溫度過高，與表面結構溫差較大增加內部應力，從而增加裂縫生成率。因此本工程選用硅酸鹽水泥（水化熱較低），水泥標高為P·O42.5，并加入一定量的外加劑提升混凝土性能，強化抗滲能力。

（2）粗骨料。本工程粗骨料選用5-25mm、含泥量低于1%的碎石。碎石粒徑較大、級配較好，可提升混凝土抗壓強度與和易性，并且有助于降低水泥、水用量，控制混凝土整體的水化熱和自收縮值。

（3）細骨料。本工程細骨料選用粒徑在0.5mm以上、含泥量低于5%的中砂。采用平均粒徑較大的中、粗砂制備混凝土，可有效減少10%的用水量和水泥量，降低混凝土水化熱和自收縮值。

（4）粉煤灰。上文所述可知，加入適量的粉煤灰可提升混凝土整體性能。本工程采用了泵送澆筑方案，這就需要提升混凝土和易性，添加適量的粉煤灰。行業規定大體積混凝土結構施工中粉煤灰取替硅酸鹽水泥量最大值為25%。粉煤灰可強化混凝土性能已經成為行業共識，但也不能過量摻入，否則會起到反向作用降低混凝土早期抗拉性能，提高裂縫生成率，因此本工程設計粉煤灰用量為8%，采用外摻法（不減少水泥用量）[5]。

（5）外加劑。本工程設計沒有提到外加劑使用要求，結合以往工程施工經驗以及對比分析，混凝土膨脹劑用量為2kg/m3，從而降低水化熱峰值，起到自收縮值的補償功能，降低裂縫生成率。

3.2.2 混凝土配合比

本工程混凝土制作在攪拌站統一完成，因此按照設計標準提出混凝土制作技術標準，提前做好試配工作，并確定最終配比值。粉煤灰由于采用的是外摻法，在不減少水泥用量的基礎上，替換同體積的砂料。

3.2.3 現場準備工作

分段進行底板鋼筋、墻柱插筋施工，提前做好隱蔽工程的驗收。基礎底板積水坑用木模板支模。在墻柱鋼筋上標注底板標高，用于澆筑找平。提前準備好塑料薄膜、草席等材料，用于預埋測溫管和養護保溫。項目經理負責做好現場水電準備工作，用于施工照明和混凝土結構振搗。做好施工小組、管理小組、后勤小組、保衛小組的排班工作，落實崗位責任、明確工作內容，確保后續工作可以順利進行。

3.3 大體積混凝土溫度與溫度應力

為了保證本工程大體積混凝土整體施工質量，應控制基礎底板混凝土溫度，設置好測溫設置。基礎底板混凝土中心點水化熱溫度峰值通常略低于絕熱溫升值，通常在澆筑后3 天達到最高熱值，后期溫度逐漸趨于平穩下降趨勢。結合規定標準，養護階段應結合周圍環境溫度采取對應保護措施，定測混凝土結構內部和表面溫度，盡可能減少內外溫度差。在無具體內外溫差要求時，將內外最大溫差控制在25℃以內[6]。本工程設計階段沒有提出混凝土結構內外溫差標準值，則按照不超過25℃標準執行。如果結構表面溫度較低，可以適當加厚保溫層。

3.4 大體積混凝土施工

3.4.1 施工順序

本工程采用由西向東連續澆筑施工方法，其具體流程為：（1）布設汽車泵；（2）驗收混凝土，且要求質量達標；（3）開啟、泵送砂漿、潤管；（4）混凝土連續澆筑；（5）混凝土振搗；（6）推進作業面；（7）振搗循環，結構表面整平、壓實、抹光；（8）二次整平、壓實、抹光；（9）混凝土養護；（10）測溫與溫控。

3.4.2 混凝土澆筑

混凝土采用專業的運輸罐車運輸，并配備一臺輸送泵，提高澆筑效率。泵送混凝土厚度控制在500mm 以內。本工程采用推移式連續澆筑施工，進行分層、分段澆筑。根據橫截面大小確定分段數量，在橫截面不超過200 m2時，分段不超過2 段；在桁架面不超過300 m2時，分段不超過3 段，保證每段面積不低于50 m2。每段施工厚度控制在1.8m 左右。本工程外墻根部施工縫設置在底板上30cm 位置，該區域設有鋼管、梯子筋、止水帶，因此泵送下料應從兩側進行，避開中心位置，且要求振搗施工更加慢速、細致。防水混凝土抗滲試塊要求不低于2 組，考慮本工程量并不大，采用2 組試塊進行防水試驗。

本工程為定點下料，從兩側向中心的順序對稱振搗，控制振搗棒插入深度，不得觸碰鋼筋。混凝土振搗過程中要求振動棒上下小幅度抽動，可保證振搗的均勻度，振搗時間控制在20-30s/次范圍內，判斷標準為砂漿表面無氣泡產生、均勻溢漿。技術人員按照施工方案指定振搗次序，每次移動距離不超過振搗棒有效作用半徑的1.25 倍，本工程移動量為35cm 左右。振搗棒應“快插慢拔”，保證振搗密實度，按照“先下后上”的順序振搗，可防止“松頂”問題[7]。

大體積混凝土澆筑與振搗時可能會出現泌水情況，從而影響混凝土結構強度。對此需采用排水、消除泌水措施。上涌泌水會順著結構坡度流入到坑底，具體可根據流水情況，將其排放到電梯井或集水坑中，并使用排水泵抽走，局部難以排除或少量泌水可用吸水海面去除。

考慮到大體積混凝土坍落度相對較高，容易在表面鋼筋底部形成分水或鋼筋上部混凝土生成細小裂縫。為了減少這種現象發生，在完成澆筑且初凝前以及混凝預沉后進行二次平整表面、壓實。混凝土泵送、振搗的表面厚度較大，增加了裂縫生成率。對此，應控制最上層混凝土振搗時間，避免時間過長產生厚浮漿層，完成振搗后使用括尺刮除表面浮漿層，按照標準的標高控制點整平表面。對于凹陷部位應用相同配比混凝土填充、抹平。混凝土初凝前進行二次抹光，仔細打磨平整、保證平整度，這樣可讓初凝前產生的細小裂縫閉合。混凝土凝固期間除了必要的施工工序，不得在表面上施加應力，完成收漿工作后覆蓋保溫層進行養護。

3.4.3 混凝土測溫

在底板澆筑過程中應設有專人負責測溫管預埋工作，測溫設計圖布置測溫線路，并與鋼筋綁扎，保證綁扎牢固性，避免出現移動情況。為了同時測試淺層、深層混凝土溫度，每組設置2 根長度不同的測溫線。測溫線應使用保護措施避免觸頭部位受潮銹蝕。在測溫線附近做好標志，如設置木塊，方便維護期間找尋。派專人負責測溫工作，并落實好技術要求和崗位內容，全天分2 班開展測溫作業。每個測溫孔位均要定期檢測，并填寫好測溫記錄信息。測溫工作要求連續進行，待到養護完畢后進行最后一次測溫，由技術負責人檢驗合格后方可停止測溫。在測溫期間一旦產生異常波動，如溫差達到25℃及以上，則要及時聯系負責人和技術人員，并探究具體原因，及時采取解決措施[8]。

3.4.4 混凝土養護

混凝土澆筑過程中二次抹面壓實是最后一道工序，完成之后立即開展保溫工作。先在混凝土表面覆蓋一層草席，再覆蓋一層塑料薄膜，起到雙層保溫作用。覆蓋草席和塑料薄膜可避免表面水分流失過快生成裂縫。保溫養護重點和難點是墻柱插筋位置，要檢查覆蓋處是否有遺漏情況，避免受凍或溫差過大。待到達到養護時間，經測溫小組檢測內外溫度差達標后即可逐漸撤掉塑料薄膜和草席。

3.5 質量控制管理措施

主要管理措施如下：

（1）制作混凝土的所有原材料均進行質量檢驗，檢驗合格后再投入使用，不合格產品批量退回。注意各項原材料的使用溫度，保證實際入模溫度與理論溫度相差不大。

（2）混凝土制作中由專人負責添加外加劑，嚴格按照設計標準和使用說明控制用量。

（3）逐車檢查商品混凝土質量，測定溫度、坍落度，確保與試驗制備混凝土標準相同，嚴禁施工現場對混凝土臨時加水[9]。

（4）保持混凝土連續澆筑，間歇最大時間為4 小時，在混凝土表面溫度達標后再進行下一層混凝土澆筑。

（5）設置專人負責混凝土測溫與養護，做到及時發現問題，及時向項目負責人報告。

（6）將基槽內雜質全部清除干凈后再進行混凝土澆筑施工。

3.6 安全文明施工

安全文明施工主要表現以下幾點：

（1）現場所有施工人員、管理人員、技術人員均要配備防護措施。

（2）振搗人員應佩戴防護手套，2 人一組，一人持振動棒、一人觀察電機，根據順序挪動電機，嚴禁拖拉損壞電線。

（3）檢查漏電保護器是否有效，電機外殼做好接零保護，架管和鋼筋上不得搭接、捆綁電線，避免磨破漏電。

（4）及時安排人員清理施工現場的落地灰、混凝土塊、木塊等雜質，保證現場干凈整潔。

（5）項目負責人安排并指揮罐車入場，夜間不得鳴笛影響周圍居民休息，進場不得行駛過快，避免引發交通事故。

結語：

綜上所述，大體積混凝土結構在土木工程領域中應用十分廣泛，為了保證大體積混凝土結構施工質量、減少裂縫生成率，必須要做好前期準備工作，嚴格按照設計標準、施工方案開展作業。在施工中，應做好現場質量管理和技術指導工作，嚴控每道施工工序，及時發現問題及時解決問題。完成澆筑后立即保養，實施監控混凝土結構內外溫差，這樣才能夠保證大體積混凝土整體施工質量。