建筑大体积混凝土施工问题分析

建筑大体积混凝土施工问题分析俞战军陈杜恩李尧钿

浙江中晨建设有限公司

搞要：随着我国经济的迅猛发展，我国的建筑业也取得了辉煌的成就。大体积混凝土在现代工程建设中占有重要的地位。本文就大体积混凝土施工中温度变化规律、大体积钢筋混凝土构筑物自身结构特点和工作环境特点等相关问题进行了介绍，以供参考。

关键词：构筑物混凝土施工问题

1大体积混凝土施工中温度变化规律

1.1一次连续浇筑的大体积混凝土构筑物，其内部最高温升（峰值）发生在构筑物平面中心部位、厚度中心附近，靠近基底部位温度较低，靠近上表面的顶部温度最低。

1.2构筑物内部沿高度方向，靠近上表面的顶部温升最快，最先达到峰值，降温也快。待降到接近气温后，受大气温度变化影响较大，往往随昼夜气温波动而波动，但波动幅度随混凝土上表面养护措施（保温效果）而有程度不同的减缓；靠近基底温升较慢，最晚达到峰值，降温也慢。从纵断面等温线看，中间疏、下面密，上面最密，随着降温时间的延长，上中下各部位逐渐接近并趋向一致。上表面与中心温差（即内外温差）的70%以上是在距上表面80cm内；基底与中心温差的80%集中在距基底80cm内。厚度超过2m时，中心最高温升大体上与厚度尺寸无关。

1.3构筑物内部沿长（宽）度方向，中心部位达到最高温升峰值（即内外最大温差）时，距侧表面（即模板内表面）1m远的混凝土内部温差很小，而且大体上与平面尺寸无关。如宝钢一期转炉基础为90m×30m×2.7m（长×宽×高），混凝土体积约7100m，从1/2厚度的横断面等温线看，当距侧表面45m的中心部位到达温升峰值52℃时，距侧表面1m处的温升为49.5℃，二者绝对温差2.5℃，相对温差4.8%。7个基础中这两处的相对温差最大为8%，说明侧表面与中心最高温升处的温差90%以上是集中在距侧表面1m以内，此区域内温度梯度很大，而且越接近侧表面等温线越密，温度梯度越大。

1.4升温速度较快。入模温度、浇筑速度和单位体积混凝土用水量对升温速度影响较大。升温期间，平均0.21～0.26℃/h，其中浇完后4h内，平均0.5～1.5℃/h，24h内平均0.5～0.9℃/h。

1.5降温速度颇慢。距侧表面深度不同的部位降温速度不同。距侧表面10cm处，1～2d内最快为3.5～5.5℃/d；中心最高温升处降温速度为7d内平均1℃/d，14d内平均0.8℃/d，1个月内平均0.5℃/d。

2探讨以下几个有关问题

2.1大体积钢筋混凝土构筑物自身结构特点

大体积钢筋混凝土构筑物，如工业厂房独立柱基础，大型设备基础，高耸烟囟基础等，都是承重构件，配筋较密且都集中在边部，对大体积混凝土抗裂性有利。浇筑后的混凝土在硬化过程中，升温时受到钢筋笼限制，其热膨胀量远少于自由状态下混凝土构筑物的热膨胀量，降温时其体积收缩程度也小得多。因此大体积钢筋混凝土比大坝混凝土的抗裂性要高得多。这里说明一点，用自由状态下混凝土线膨胀系数计算有钢筋笼约束的厚板或块体混凝土的体积膨胀量，准确性很低。

2.2地下大体积钢筋混凝土构筑物工作环境特点

施工期间较少受到或完全不受日晒、风吹、雨淋等危害，同时深基坑中构筑物周围空间狭窄，通风条件差，就连昼夜温差变化大的气温影响也比地面要小，这对混凝土浇筑、养护都有利。7～14d的高湿热自养护，混凝土已比较接近甚至达到设计强度，拆模时混凝土已有较高的抗裂能力，拆模后及时回填，此后混凝土内部残余温度（余热）将通过回填土缓慢外泄，直至与地面温度平衡。土壤导热性差，残余温度的消失将在长时间内缓慢地完成，这过程中温度应力不会影响混凝土质量，以致产生温度裂缝。所以地下大体积钢筋混凝土只重视施工期间，即早期温度影响，而不考虑中、后期温度影响。

2.3保证大体积钢筋混凝土施工质量的关键

大体积钢筋混凝土内部温升约在50～80℃，浇完后24～72h到达峰值，7d内平均降温速度为1℃/d。即在距构筑物外表面1m远的混凝土内部，养护期间混凝土处于高湿、高温（相对标养）、高压（相对自由状态）的自养护条件下完成硬化过程。强度增长比同龄期标养快，接近或达到蒸养效果。

硬化过程中混凝土导热性差，升温稍快，降温缓慢，温度梯度最大、最可能出现裂缝的部位是在3个临边处，即上表面、下底面和四周侧表面深约12cm以内。因此，不管体积（厚度和平面尺寸）多大，内部温升多高，入模温度和气温如何，以及内外温差多大，3个临边易出现问题，也是解决问题的关键。

降温时温差大，如遇到约束就会产生温度应力，而温度应力大于此时混凝土的抗拉承受力，混凝土会出现温度裂缝。可见在3个临边处控制降温速度，特别是防止急剧降温和放松外界约束等措施，可保证混凝土施工质量。

3个临边中，上表面和四周侧表面都与养护措施密切相关，底面约束与混凝土构筑物的基层材性有关，如混凝土构筑物座在刚度较大的坚实岩石或旧混凝土基础上，则应采取消除或减轻其对新浇混凝土构筑物约束的措施。

3重新认识和综合评价温度对混凝土质量的影响

3.1混凝土内部最高温升问题。大体积混凝土构筑物内部温升高未必会出现裂缝，反之亦然。1972年日本君津钢铁厂高炉基础施工中混凝土温升达到76℃，并未出现裂缝。

3.2关于混凝土浇筑温度、入模温度、出机温度、大气温度等问题。混凝土拌合物从出搅拌机到进入模板的时间不同，其温度略有差异，但都与大气温度相差不大，常规施工中，混凝土浇筑温度与大气温度之间的关系，大体上是22∶00～10∶00入模温度等于或略低于大气温度；12∶00～20∶00入模温度约高于大气温度1～3℃。上海宝钢一期工程中的几个大体积钢筋混凝土基础，浇筑温度最高达35～36℃，再从混凝土内部最高温升达到76℃也无害的事实来看，为降低入模温度而要求用地下水或冰水拌合混凝土，对砂、石堆场采取遮阳等技术措施也就没有必要了。

3.3对厚度较大的地下大体积钢筋混凝土分层分块跳槽浇筑，甚至还采取预埋循环冷却水管等施工方法，既延长了施工工期，又增加了对施工缝的处理工序和费用，得不偿失。从结构受力和地下结构抗渗要求来说，整体连续浇筑混凝土才是最好的施工方法。

3.4大体积混凝土施工的合适季节。有资料介绍大体积混凝土施工以大气温度较低的深秋最为合适，避免或禁止在夏季浇筑大体积混凝土。但本人认为，我国除了三北严寒地区外，大部分地区从开春到深秋都可以施工地下大体积混凝土，其中昼夜温差较小的盛夏正是浇筑大体积混凝土的最好时机。

3.5大体积混凝土施工中合理选择养护方法、加强养护措施至关重要。应当使用大模板，板缝处粘贴塑胶带密封，使其不漏浆、不渗水、不透气，形成高湿度热养护的良好环境；优先使用木模板，如用钢模板时则应外加保温措施；在深基坑中利用已做完防水层的砖护墙代替侧模板也是好办法；上表面蓄水养护，注水深度5～10cm效果最佳。拆模时间不宜过早，视混凝土表面与外界气温温差而定，一般为7～14d。拆模后应及时回填。

4综合技术发展有利于提高施工技术水平

4.1混凝土外加剂的应用

高效减水剂的广泛应用，在满足施工和易性的前提下，使混凝土单位用水量大大降低，水灰比已从五、六十年代常用的0.55～0.7降低到目前的0.4左右，比较接近水化反应所需用水量。以往在大体积混凝土施工中人们关注的多余水分蒸发，以及由此而引起的混凝土硬化初期容易产生裂缝的因素已明显降低，甚至消除。

微膨胀剂的普遍采用，弥补了超细高强水泥水化初期收缩性大的缺点，使混凝土固化收缩量大为减少或不再收缩，因此使大体积混凝土在硬化过程中产生裂缝的可能性大大减小。有针对性地使用外加剂，大大改善了混凝土的品质，提高了大体积混凝土抵抗外界干扰的能力。

4.2商品混凝土和泵送施工工艺

商品混凝土和泵送施工工艺的普遍应用，既保证混凝土的质量，又解决了大体积混凝土的连续浇筑问题。分层、分块，人为地设置施工缝的旧方法已无必要，从而为大体积混凝土施工提高工效、降低成本提供了有利条件。

4.3高强混凝