建筑施工中的大体积混凝土浇筑技术

    安建辉

    摘 要：在重大工程项目和高层建筑施工中，通常混凝土一次浇筑量较大，这种大体积混凝土的浇筑极易出现裂缝，如果施工中不加以控制，会产生许多严重的后果。本文对大体积混凝土施工中的主要技术难点进行了简要的阐述，分析了大体积混凝土裂缝产生的原因，提出了大体积混凝土浇筑时防止裂缝出现的一些措施，仅供参考。

    关键词：裂缝；降温养护；浇筑方案

    1 裂缝产生的原因

    1.1 水泥水化热的影响

    水泥水化过程中放出大量的热量，且主要集中在浇筑后的7d左右，混凝土内部温度升高（可达70℃左右，甚至更高），尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

    1.2 混凝土收缩的影响

    混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土中水泥水化用水大约只占水泥重量的20%，在混凝土浇筑硬化后，拌合水中的多余部分的蒸发将使混凝上体积缩小。混凝土收缩是由表及里的一个相当长的过程，大约需要4个月才能基本稳定下来。收缩在一定条件下又是个可逆过程，产生收缩后的混凝土再处于水饱和状态，混凝土还可有一定的膨胀回复。混凝土在不受外力的情况下自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。

    1.3 各种湿度变化的影响

    混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。其中温升值的影响因素主要有水泥品种和用量、用水量、大体积混凝土的散热条件(主要包括浇筑方法、混凝土厚度、混凝土各表面的能力和其它降温措施)等。为尽量发挥混凝土松弛对应力的抵消作用，同时避免在混凝土硬化初期骤然产生过大的应力，应该减慢降温速度。一般规定，混凝土内外温差不大于25℃，降温速度不大于1.5℃/d。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。大体积混凝土浇筑凝结后，温度迅速上升，通常经3d—5d达到峰值，然后开始缓慢降温。因为混凝土的特点是抗压强度高而抗拉强度低，而且混凝土弹性模量较低，所以升温时体积膨胀一般不会对混凝土产生有害影响。但在降温时其降温收缩与干燥收缩叠加在一起时，处于约束条件下的混凝土常常会产生裂缝，起初的细微裂缝会引起应力集中，裂缝可逐渐加宽加长，最终破坏混凝上的结构性、抗渗性和耐久性。

    1.4 其他因素的影响

    建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断的增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。

    混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续、数量不够，砂率及水灰比不当所造成的裂缝。水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。

    2 结合工程实例具体说明防止产生裂缝的措施

    工程概况：某沿海城市商业住宅楼工程，建筑面积为55826m2,地上24层，其中1~2层为商业楼，3至24层为住宅；地下1层为停车场。框架剪力墙结构，基础的特点为：钻机螺旋成孔灌注桩，设置后浇带，筏板基础混凝土为抗渗S8，最厚处1.4m；做了帕斯卡渗透结晶防水；混凝土一次浇筑量为5000m3；混凝土强度等级C35，采用商品混凝土，施工现场用泵送浇筑配合人工振捣；基础几何尺寸符合大体积混凝土的定义，因此基础混凝土浇筑作为关键部位制定专项施工方案。

    本工程为了防止大体积混凝土浇筑后出现的裂缝，主要措施从以下的几个方面考虑：

    2.1 优选混凝土各种原材料

    2.1.1 水泥的选择

    在施工中使用低热的32.5MPa矿渣硅酸盐水泥，并尽量降低混凝土中的水泥用量，水泥用量为340kg/m3，以降低混凝土的温升，提高混凝土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失，适度增加了活性细掺料替代水泥。

    2.1.2 骨料的选择

    粗骨料选用粒径较大、质量优良、级配良好的石子。既可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。

    细骨料采用平均粒径较大的中粗砂，从而降低混凝土的收缩，减少水化热量，对混凝土的裂缝控制有重要作用。

    掺加适量的减水剂，它可有效地增加混凝土的流动性，且能提高水泥水化率，增强混凝土的强度，从而可降低水化热，同时可明显延缓水化热释放速度。加入适量的UEA微膨胀剂，可起到补偿收缩作用。

    2.2 设计优化措施

    精心设计混凝土配合比，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，保证设计强度，大幅度降低水化热；使混凝土具有良好的和易性、可泵性。

    2.3 施工控制措施

    2.3.1 控制混凝土入模温度

    入模温度的高低，与出机温度密切相关，另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关。本工程中将混凝土的入模温度控制在不超过28℃。

    2.3.2 混凝土的浇筑方案选用

    本工程以后浇带为界划分为13哥施工段，每段均为一次性连续浇筑，全面分层浇筑，采取二次振捣方案(上层混凝土接近初凝再进行一次振捣，称二次振捣)。二次振捣可克服一次振捣的水分、气泡上升在混凝土中所造成的微孔，亦可克服一次振捣后混凝土下沉与钢筋脱离，使混凝土又恢复和易性，从而提高混凝土与钢筋的握裹力，提高混凝土的强度、密实性和抗渗性。施工中采用插入式振捣器，“快插慢拔”，插点布置均匀，逐点移动，不漏振、不过振，振捣上一层要插入下一层50mm，以消除两层间的接缝。如遇在振捣工程中沁水的情况，对于少量的，采用人工用水舀子淘水，然后用水桶拎出作业区；对于集水坑、电梯井和后浇带出的沁水，则用抽水泵抽走。严格控制混凝土的浇筑速度，一次浇注的混凝土不可过高、过厚，以保证混凝土温度均匀上升。

    2.3.3 测量温度、混凝土养护

    初次振捣后进行第一次抹面，终凝前开始第二次抹面，二次抹面要求反复进行，力求不出现表层龟裂。二次抹面完成后及时覆盖塑料薄膜或湿草帘、湿麻袋，对混凝土进行保湿养护。接缝得搭接盖严，避免混凝土水份蒸发，保持混凝土表面于湿润状态下养护，混凝土终凝后持续浇水养护14d。

    为了防止大体积混凝土裂缝的产生，在混凝土浇筑、养护过程中随时检测（设置金属管测温孔）混凝土内外温差，当内外温差接近25℃时，则混凝土表面加强保湿养护，设专人负责测温，每4小时测温一次。保温、保湿养护可充分发挥UEA膨胀剂的功能，产生微膨胀，为混凝土创造充分应力松弛条件，降低混凝土自约束能力。同时可增加混凝土强度，提高混凝土承受外约束应力的能力，从而达到防止或控制混凝土裂缝的产生。

    2.3.4 健全施工组织管理：

    在制订技术措施和质量控制措施的同时，还需落实组织指挥系统，逐级进行技术交底，做到层层落实，确保顺利实施。

    3 总结

    3.1 本工程筏板基础混凝土施工，一次浇筑量大，厚度大，强度等级高，在夏季炎热天气施工，技术难度大。混凝土浇筑后，经过3个星期保温保湿养护，效果理想。

    3.2 配制大体积混凝土，关键在于水化热要低，大掺量I级粉煤灰和低用量的矿渣32.5 MPa水泥相结合是该工程成功的关键之一。它有效地降低了水化热，提高了可泵性，从而提高了表层混凝土的强度。

    3.3 在大体积混凝土的湿热养护条件下，混凝土早期强度发展得很好，有效地防止了混凝土裂缝的出现。 微膨胀剂确实起到了补偿收缩作用。根据计算，自降温开始，混凝土表层就应该出现拉应力。可是在实测中，始终未测到拉应力。除混凝土松弛，养护阶段没发生收缩外，微膨胀剂功不可没。

    总之，大体积混凝土是目前施工中应用较多的一项新技术，只要严格施工规范，仔细落实每一个施工环节，认真妥善地作好浇筑完的保温工作，该项技术是完全可以取得满意的效果。