浅析大体积混凝土施工技术

1、浅析大体积混凝土施工技术摘要：随着大体积混凝土结构在现代工程建设项目中越来越广泛的应用，对大体积混凝土的研究就显得尤为重要。通过研究大体积混凝土的施工方法，找出大体积混凝土中由于水化热、约束条件、外界气温、混凝土收缩以及材料五点原因。而建筑物的破坏和渗漏又往往始于混凝土的有害裂缝，在大体积混凝土施工的过程中控制有害裂缝就成了重中之重，提出减小温度变形、减小约束、提高抗拉能力是控制裂缝三点有效措施。关键词：大体积混凝土；施工；温度裂缝；裂缝控制目 录引 言1一、大体积混凝土定义及特点1二、大体积混凝土施工及质量控制1（一）大体积混凝土的设计构造要求2（二）大体积混凝土的浇捣养护2三、大体积混凝土

2、裂缝产生原因5（一）水泥水化热的影响5（二）约束条件5（三）外界气温的变化5（四）混凝土的收缩6（五）材料方面的原因6四、体积混凝土的防裂措施7（一）减小温度变形7（二）降低约束9（三）提高抗拉能力9结束语10参考文献1111引 言近年来，建筑施工过程中对于大体积混凝土的应用范围越来越广，大体积混凝土施工技术也得到了显著的提升。大体积混凝土施工技术在不断完善我国建筑施工技术体系的同时，还提高了建筑施工效率，从而提高了建筑行业的竞争力，为我国建筑行业的快速发展提供了有力的保证。本文对建筑工程中大体积混凝土施工技术展开研究。一、大体积混凝土定义及特点大体积混凝土施工规范GB50496-2009将大

3、体积混凝土定义为：混凝土结 构实体小尺寸不小于1m的大型混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。这种结构有结构厚、体型大、混凝土浇筑数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特性。区分普通混凝土和大体积混凝土的主要特征是热行为。大体积混凝土由外荷载引起裂缝的可能性很小，但水泥的水化过程中释放的水化热所产生的温度变化与砼收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，这是大体积混凝土结构出现有害裂缝的主要因素。这些裂缝往往会给工程的质量带来危害，必须采取措施，控制温度裂缝，确保结构安全性和耐久性。在建筑施工过程中对大体积混凝土的整体性要求处于比较高的水平

4、。在施工过程中要对其进行连续浇筑，因为大体积混凝土结构的体量较大的缘故，所以在浇筑混凝土后形成的内外温差和温度应力都是比较大的。大体积混凝土具有工程结构厚、体形大、钢筋密度以及混凝土数量多等特点。所在建筑施工中对大体积混凝土技术要求较高，大体积混凝土对强度、刚度、整体性和耐久性要求也更为严格。高质量的大体积混凝土施工技术成为建筑施工中必不可少的环节，大体积混凝土的建设领域近年来不断扩大，在大型钢筋混凝土结构中也常见其的身影存在。然而由于混凝土内部蓄热量大以及其温度应力增大的缘故，混凝土裂缝问题成为建筑施工中不可忽视的问题。所以为了使得混凝土的整体性、耐久性和密实性得到充分保证，通常要将膨胀剂、

5、减水剂和粉煤灰掺入缓凝土中，同时要采取切实可行的混凝土养护措施来控制裂缝，使得大体积混凝土的质量能够得到保证。二、大体积混凝土施工及质量控制大体积混凝土一般作为承重结构，在保证适用性、经济性的同时，安全性和耐久性也尤为重要。因此在工程实践的基础上，从原材料优选、配合比优化、结构设计及构造、施工过程控制、管理等方面综合分析研究，确保工程质量。（一）大体积混凝土的设计构造要求（1）大体积混凝土工程的设计除应满足设计规范及生产工艺的要求外，宜符合下列要求：1）混凝土设计强度等级宜在 C25C40 的范围内；2）配置承受温度应力及控制温度裂缝开展的构造钢筋；3）为减少约束，当大体积混凝土置于岩石类地基

6、上时，宜在混凝土垫层上设置滑动层；4）设计中应尽可能减少外部约束对大体积混凝土的影响，如：地基、模板等；5）大块式基础及其他筏式、箱体基础不宜设置永久变形缝及竖向施工缝；6）大体积混凝土应根据混凝土浇筑过程中温度裂缝控制的要求设置水平施工缝。（2）大体积混凝土工程施工前，应验算浇筑体的温度、温度应力及收缩应力，确定施工阶段温升峰值，内外温差及降温速率的控制指标，制定温控的技术措施。一般情况下，混凝土入模温度绝热温升值最大值不超过 45，内外温差不超过30，降温速率为 2.0/d。（3）大体积混凝土模板宜采用钢模板、木模板或钢木混合模板。（二）大体积混凝土的浇捣养护大体积混凝土的工程施工都有一些

7、共性：结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂，施工技术要求较高，因此，在大体积混凝土施工时，要依据工程现场的实际条件，以及工程本身的特点设计合理的施工方案。加强施工中的温度控制、延缓降温速率、减小混凝土的收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计构造等方面全盘考虑，结合实际采取措施。1.大体积混凝土的浇筑浇筑的质量直接影响成型质量和硬化混凝土的工作性能，大体积混凝土在施工浇筑过程中，必须选取合适的浇筑方案，严格控制入模温度加强温度测控，解决好温度变形而引起混凝土开裂的问题。（1）选取合适的浇筑方案大体积混凝土浇筑方案应根据整体连续浇筑的要求，结合结构物的大小，钢筋疏密，混凝土供应情况等具体

8、考虑。大体积混凝土的浇筑方案分为三种：1）全面分层 全面分层就是将要浇筑的混凝土结构在竖直方向上划分为多个层次，它要求注意时间的把握，在浇筑混凝土时，做到第一层全部浇筑完毕后，开始浇筑第二层时第一层还未初凝，如此反复的浇筑，直达全部浇筑完成。这种方案适合于结构的平面尺寸不太大，施工时宜从短边开始，沿长边推进；也可由两端向中间推进。2）分段分层 分段分层是指先从底层开始浇筑，在浇筑一段距离后再浇筑第二层，如此依次向前推进。分段分层方案适用于结构厚度不大而面积或长度较大的情况。3）斜面分层 斜面分层是指浇筑时将混凝土由底部一次浇筑到顶，让混凝土自然的流淌，形成自然的斜面，其振捣宜从浇筑层的下端开始

9、逐渐上移，这时向前推进的混凝土的摊铺坡度要小于 1:3。保证分层混凝土的施工质量。它适用于结构的长厚比大于 3 的结构。在选择方案时要根据整体浇筑的要求，结合结构物的特点以及施工的条件综合确定。（2）控制入模温度大体积混凝土在浇筑时要控制好混凝土的入模温度，尽量避免酷热时段施工，选择环境温度较低时段来施工浇筑，同时还要避免被太阳直射，防止被太阳暴晒而造成混凝土表面迅速失去水分而产生裂缝。在配置混凝土时采取对碎石洒水，或采取冷水配制来降低混凝土的入模温度。通过各种措施的综合，使混凝土的入模温度控制在 25左右。（3）分层浇筑的厚度控制在混凝土的分层浇筑中，混凝土的分层不能超过振动棒长的 1.25

10、 倍，在振捣的过程中，混凝土棒应插入下一层 5cm，已消除分层之间的间隙接缝。要注意，混凝土的振捣是在下层混凝土初凝之前，在混凝土的分层上，要考虑很多因素，如混凝土的供应量是否充足，浇筑的速度如何，还有就是配筋的情况对于浇筑是否有利等等，一般而言，分层厚度为 400mm 左右。混凝土浇筑宜采用二次振捣工艺，大体积混凝土浇筑面应及时进行二次抹压处理。（4）防止混凝土发生离析混凝土发生离析在工程中是时有出现，在大体积混凝中，由于采取分层浇筑，上下层之间有较长的时间间隔，故在分层之间容易产生泌水，这对于混凝土的质量是非常有害的，一般是在结构物四周侧模的底部开设排水孔，使其多余的水分自然的排走，然后汇

11、集到集水井中，再采用水泵抽走。不过，在下料时，应使中间混凝土高于四周边缘的，经过振捣，使水从侧面排除。（5）加强混凝土的测温为了监控混凝土内部的温度与表面温度的随时变化，在大体积混凝土内部要设置多个测温点，测量混凝土中心的温度和混凝土下面 100mm 处的表面温度。（6）设置“后浇带”在设计可行的情况下，可以设置“后浇带”来补偿混凝土收缩，“后浇带”将结构分成若干段，以消减温度收缩应力，待所浇筑的混凝土经一段时间的养护干缩后，再在后浇带中浇筑补偿收缩混凝土，使分块的混凝土连城一个整体。后浇带部分的混凝土不能浇筑过早，空带的保留时间在影响后续工序施工的情况下，尽量延长，至少保留 28d，用于填充

12、后浇带的混凝土采用微膨胀或无收缩水泥，强度等级比原结构强度提高一级，后浇带混凝土养护期不得少于 15d。为了减少边界约束作用，还可适当设置滑动层等。2.大体积混凝土的养护混凝土的养护主要是保持适当的温度湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土表面的温差，防止表面裂缝。混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻袋等覆盖，并注意洒水养护，延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。大体积混凝土的温控非常重要，它要根据工程结构，材料性质，外界温度及施工的具体条件来定，并且还要计算出各龄期混凝土内的温度应力。采用双重保险才能最大地避免结构物出现开裂的情况。（1）严格控制温差混凝土养护时的温度控制一般有两种

13、:一是降温法，是采用冷却水的循环使成型后的混凝土减少内外温差；二是保温法，是指通过保温材料，避免大体积混凝土的外表面的温度散失太快，加剧混凝土的内外温差而导致温度裂缝。（2）注意保湿混凝土养护需要一个潮湿的环境，这有利于混凝土的硬化，并且可以防止由于干缩而产生裂缝，在混凝土浇筑完毕初凝前，宜立即进行喷雾养护工作。要及时的洒水养护或者采用东西覆盖等等，还要经常的湿润，模板也要经常洒水湿润，确保养护质量。（3）控制拆模时间拆模时应考虑气温环境等情况，促使有利于混凝土的强度的增长，同时混凝土的温差不能太大，其温差一般包括表面温度、中心温度、和外界气温之间的温差。保温覆盖层的拆除应分层逐步进行，当混凝

14、土的表面温度与环境最大温差小于 20时，可全部拆除。大体积混凝土的拆模时间，应满足国家现行有关标准对混凝土的强度要求，混凝土浇筑体表面与大气温差不应大于 20；当模板作为保温养护措施的一部分时，其拆模时间应根据本规范规定的温控要求确定。大体积混凝土宜适当延迟拆模时间，拆模后，应采取预防寒流袭击、突然降温和剧烈干燥等措施。大体积混凝土拆模后，地下结构应及时回填土，地上结构应尽早进行装饰，不宜长期暴露在自然环境中。（4）确保足够的养护时间大体积混凝土的养护时间因结构的不同而不同，并且还受到水泥品种、气候条件等的影响，保温养护的持续时间不得少于 14d，当气候不利于养护时要适当的延长养护时间，至少为

15、 28 天。对于裂缝有严格要求时还要在此基础上再延长养护时间。三、大体积混凝土裂缝产生原因大体积混凝土裂缝的产生有以下几个条件，混凝土内部水泥水化热的影响、内外约束条件、外界温度湿度变化的影响和混凝土的收缩等。（一）水泥水化热的影响水泥水化热是水泥在水化过程中要产生一定的热量，是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于大体积混凝土结构结构断面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，所以会引起急骤升温。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，

16、实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3"-'5天。混凝土的导热性能较差，浇筑初期，混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也就较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。（二）约束条件结构物在变形中，必然会受到一定的约束阻碍其变形，阻碍变形的因素即称为约束条件。约束条件分为两类：内约束和外约束。内约束主要针对截面较大的大体积结构中，发生在同一结构内部各层次（截面）的质点、材料之间，此时一个质点的变化受到其他质

17、点的牵制和影响。外约束发生在不同结构之间。一般外约束占主导地位，尤其在研究分析混凝土裂缝时，内约束的结构问题要假定成外约束问题来进行分析计算。大体积混凝土浇筑时产生的温度变化，受到下部垫层地基、侧向模板等限制，因而产生外部的压缩应力。混凝土内部由于水泥水化热形成中心温度高、热膨胀大，在中心产生压应力，在表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度和钢筋的约束力时，混凝土就产生开裂。（三）外界气温的变化大体积混凝土结构在施工期间，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。外界气温的变化对大体积混凝土开裂有重大影响，特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于

18、温差引起温度变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60-65，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加之和。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；如外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别在外界气温骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土极为不利。温度应力是温差引起的变形造成的。温差愈大，温度应力也愈大。（四）混凝土的收缩混凝土的早期收缩开裂会引起耐久性的降低并加速混凝土劣化进程，混凝

19、土的收缩是指混凝土中所含水分的变化、化学反应及温度变化等因素引起的宏观体积缩小。混凝土的收缩变形是由于在混凝土的拌合水中，只有约20的水份是水泥水化所必须的，其余的80都要被蒸发，多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩，所以混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。混凝土在水泥水化过程中要产生体积变形，多数是收缩变形，少数为膨胀变形，这主要取决于所采用的胶凝材料的性质。混凝土中多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。近年来，随着水泥和混凝土技术的进步，

20、水泥等级和细度越来越大，混凝土强度和密实度大为提高，混凝土的后期收缩相对减少，更多的收缩发生在早期，从而引发了工程中越来越多的早期开裂现象。尤其对于高性能混凝土来说，因其自收缩大且主要发生在早期，对于早期收缩的研究可能比随后测得的收缩更为重要。影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺、养护条件等。（五）材料方面的原因近年来工程建设中采用高标号的早强水泥比较多，增加了混凝土的收缩量。水泥标号越高，活性越大，收缩性就越大，如果施工不当或没有养护，甚至养护不足都会造成裂缝。由于使用商品混凝土才出现裂缝的观点应该说是错误的。同时，在使用一些新材料如冷轧带肋钢筋前，

21、没有按规范要求进行抗震验算，只简单进行等强代换，造成混凝土含筋率过低等易造成混凝土裂缝的不利因素。在设计上，现行的设计规范有局部条款已不适应前高性能材料和多样建筑特性所需要的合理构造措施。四、体积混凝土的防裂措施（一）减小温度变形1. 使用水化热低的水泥由于矿物成分及掺加混合材数量不同，水泥的水化热差异较大。铝酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）含量高的，水化热较高；混合材掺量多的水泥水化热较低。为降低水化温升、减小体积变形，大体积混凝土一般不宜使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，应使用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥；更不宜使用早强型水泥。若工地上有条件掺加较多的活性混合材（如粉煤灰），则

22、使用的水泥品种一般可不加限定1. 尽量降低水泥用量优化设计水泥水化产生的水化热是大体积混凝土发生温度变化而导致体积变化的主要根源。干湿和化学变化也会造成体积变化，但通常都远小于水泥水化热产生的体积变化。因此，除采用水化热低的水泥外，要减少温度变形，还应千方百计地降低水泥用量。这就要求：（1）在满足结构安全的前提下，尽量降低设计要求强度，以减小水泥用量。（2）充分利用混凝土后期增长的强度及其它性能，采用较长的设计龄期。混凝土的强度、抗渗性等都随龄期的增长而提高，特别是掺加活性混合材（矿渣、粉煤灰）的。大体积混凝土因工程量大，施工时间长，有条件采用较长的设计龄期，如90天、180天、甚至1年。折算

23、成常规龄期28天的设计强度就可降低，从而减少水泥用量。（3）精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配如尽可能采用大的骨料最大粒径。最大粒径越大，骨料的空隙率和表面积越小，混凝土的水泥浆及水泥用量就越小。不同最大粒径混凝土的相对水泥用量见表1。表1不同最大粒径混凝土的相对水泥用量骨料最大粒径/mm10204080150相对水泥用量120100847060通常规定，骨料最大粒径不得大于结构断面最小尺寸的1/4（板厚的1/2），钢筋净距的3/4。又如选用优良的骨料级配（包括砂率）。优良级配骨料的空隙率和表面积小，水泥用量也小。比较优良的粗骨料级配，其中最大粒径的颗粒含量约为50左右。此外，合理的间断级配

24、亦可有效地降低水泥用量。比较简便的是剔除5mm10mm的颗粒。（4）掺加粉煤灰粉煤灰的水化热远小于水泥，7天约为水泥的1/3，28天约为水泥瞻1/2。掺加粉煤灰减小水泥用量可有效降低水化热。大体积混凝土的强度通常要求较低，允许掺加较多的粉煤灰。另外，优质粉煤灰的需水性小，有减水作用，可降低混凝土的单位用水量和水泥用量；还可减小混凝土的自生体积收缩，有的还略有膨胀，有利于防裂。掺粉煤灰还能抑制碱骨料反应并防止因此产生的裂缝。（5）掺减水剂掺减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量，从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用，可降低水化温升，有利于防裂。（6）采用线胀系数小的骨料混凝土由水泥浆

25、和骨料组成，其线胀系数为水泥浆和骨料线胀系数的加权（占混凝土的体积）平均值。水泥浆的线胀系数为（1116）×10-6/；骨料的线胀系数因母岩种类而异，不同岩石的线胀系数如表2。表2不同岩石的线胀系数岩石名称石英花岗岩白云岩石灰岩大理石玄武岩砂岩膨胀系数/（10-6/）10.213.45.55.86103.6464.4157.51012表2表明，不同岩石的线胀系数差异很大。大体积混凝土中的骨料体积占75以上，采用线胀系数小的骨料对降低混凝土的线胀系数，从而减小温度变形的作用是十分显著的。3.采用合理的施工方法主要是运输方法。大体积混凝土不宜采用泵送。因为可泵性限制了骨料最大粒径，且要求

26、流动度大，结果水泥用量大，水化温升高，是十分不利防裂的。大体积混凝土应采用吊罐吊运，或其它运输方法，以使用大的骨料和较小的流动度。若只能泵送，则应埋放块石。4.在低温季节或低温时段浇筑除水泥水化温升外，混凝土本身的温度也是造成体积变化的原因，所以也应尽量降低。有条件的应尽量在冬季浇筑，避免在夏季浇筑。若无法做到，则应避免在午间高温时浇筑。5.冷却混凝土冷却混凝土分预冷和后冷。预冷是在浇筑前进行，主要的方法是加冰拌和（可降低34）和冷却骨料（可降低10以上）。深度预冷（降至15以下）的制冷规模大，冷量损失大，是否采用应经技术经济比较。后冷是在浇筑后进行。主要是在结构内埋设水管，通低温水冷却，冷却

27、的效率高，冷量损失小。浇筑块不太厚的，亦可采用表面流水冷却，也有较好效果且节约水管。6.做好表面隔热保护大体积混凝土的裂缝，特别是表面裂缝，主要是由于内外温差过大产生的。浇筑后，水泥水化使混凝土温度升高，表面易散热温度较低，内部不易散热温度较高，相对地表面收缩内部膨胀，表面收缩受内部约束产生拉应力。但通常这种拉应力较小，不致于超过混凝土抗拉强度而产生裂缝。只有同时遇冷空气袭击，或过水或过分通风散热，使表面降温过大时才会发生裂缝(浇注后5-20天最易发生)。表面隔热保护可防止表面降温过大，减小内外温差，是防裂的有效措施。7.使用微膨胀水泥使用微膨胀水泥的目的，是在混凝土降温收缩时膨胀，补偿收缩，

28、防止裂缝。但目前使用的微膨胀水泥，大多膨胀过早，即混凝土升温时膨胀，降温时已膨胀完毕，也开始收缩，只能使升温时的压应力稍有增大，补偿收缩的作用不大。所以应该使用后期膨胀的微膨胀水泥。微膨胀水泥应该使用于有外部约束浇筑块中。外部约束越强，其产生的压应力越大（即使不是后期膨胀），补偿收缩和防裂的作用越大。没有外部约束的部位则不能使用微膨胀水泥。因为内部温度和湿度高于表面，其膨胀量通常大于表面，容易使表面拉应力过大而裂缝。（二）降低约束内部约束是无法消除和降低的。外部约束主要决定于基岩或老混凝土的弹性模量。弹性模量越高，约束程度越大。对于必须与基岩或老混凝土连接的建筑物，如大坝，要降低基岩的弹性模量是难以做到的，要降低下层混凝土的弹性模量，则应在其未充分硬化时浇筑。对于允许和基岩或老混凝土脱离的建筑物，如大型设备基础，则可采取以下措施消除外部约束：(1)岩石上可铺一薄层砂碎石；(2)老混凝土上可铺沥青油毡；(3)侧面为岩石或老混凝土时，亦可用沥青油毡隔开。（三）提高抗拉能力由于科学技术水平的限制，要改变