大体积混凝土的施工体会

　　摘要：针对大体积混凝土的浇筑分析了大体积混凝土裂缝的原因，为防止由温度引起的裂缝，采取的措施以降低混凝土的内外温差，是结构安全与质量的保证。
　　关键词：大体积混凝土，温度，水化热，养护，控制措施
　　大体积钢筋混凝土具有结构厚、体积大、施工条件复杂和技术要求高等特点。除了要满足刚度、强度和耐久性的要求以外，最突出的问题就是如何控制由于温度的变化而引起的混凝土开裂。
　　裂缝的出现，不是因为强度不够，而是因体积大，在水化过程中水化热产生的温度力与大体积混凝土收缩而产生的收缩应力相互作用下，就是裂缝出现的原因所在。
　　在施工中要了解大体积混凝土，由于温度的变化引起的裂缝出现：采取措施，降低混凝土内部的最高气温和减小内外温差；在施工中对温度的监测非常有必要的。
　　1工程概况：
　　某商住楼工程，框架结构,地上16层，地下一层，地下室底板长53.3m，宽19m，厚度1.2m,总浇捣体积超过1300m3，为保证底板的整体性,混凝土一次性浇筑。
　　地下室底板混凝土强度等级为C40，抗渗等级为S8，混凝土水泥量大，水化热较大。虽当时平均气温为25℃，气候适宜，但根据经验公式计算出混凝土中心的温度达到71℃，已超过规定，因此控制温度上升，降低水化热，采取有效的控温措施，关系到结构的安全和质量。
　　2大体积混凝土裂缝原因
　　混凝土结构出现裂缝，其原因是：第一，在荷载作用下，结构的强度、刚度或稳定性不够而出现的裂缝；第二为温度、收缩、不均匀沉降等引起的裂缝。大体积裂缝产生的原因就是第二类原因。
　　2.1由于混凝土的收缩而产生的裂缝
　　2.1.1碳化过程中的收缩
　　浇捣后的混凝土，因空气中的CO2与混凝土水泥石中的Ca(OH)2起化学反应，生成碳酸钙，放出结合水而使混凝土产生收缩。
　　2.1.2混凝土在凝固过程中收缩
　　当混凝土在凝固过程中内部的水被蒸发而产生干燥收缩。监控这种收缩，是由表及里的。由于湿度不均匀，其收缩变形也不均匀。这样，使混凝土内部引起相当大的应力，而使混凝土开裂。
　　2.2水化热所产生的裂缝
　　由于水化热所产生的裂缝浇筑混凝土时，就有一定的温度，加上混凝土中的水泥与水进行水化作用产生水化热，这两种温度为混凝土内部的最高温度，与外界环境存在温差，在降温过程中，产生拉应力，而引起混凝土开裂。
　　2.3约束作用
　　混凝土内部各质点都会相互影响，相互制约，这种现象叫“约束”；由于混凝土内部温度的发布不均匀，引起各质点的变形叫“内约束”；由于内外温度和不均匀收缩，叫“外约束”。外约束占主要地位，要控制裂缝应重点控制外约束。
　　2.4大体积混凝土裂缝的种类
　　钢筋混凝土出现的裂缝，凭人的视力判断有两种：
　　2.4.1眼看不到的“微裂”
　　这种微裂凭眼睛是看不到的，是混凝土内部发生的一种裂缝。具体有“粘结裂缝”，是骨料与水泥面粘结面的裂缝，沿骨料周围出现。其原因是骨料表面光滑，或表面含泥过多。施工时，一定要将骨料清洗干净。此外还有骨料与骨料之间的裂缝。
　　2.4.2凭肉眼可见的裂缝
　　这种裂缝，其宽度大于0.05mm，有时借助放大镜便可以看的清楚。它又分为表面裂缝和贯穿裂缝两种。
　　2.4.2.1表面裂缝
　　对大体积混凝土，水化作用会产生大量的水化热，使混凝土温度上升。这样，混凝土的中间部位温度高，产生压应力，而表面温度低，产生拉应力。当这个拉应力超过混凝土的抗拉强度时，其表面就会产生裂缝。
　　2.4.2.2贯穿裂缝
　　当浇筑完混凝土几天以后，一方面，混凝土的温度会逐渐下降;另一方面，多余的水分会蒸发出去，产生收缩变形；加上受到地基和外界条件的约束，就会产生拉应力。当这种应力超过混凝土的抗拉强度时，就会在其表面产生裂缝，这种裂缝会继续发展而形成贯穿裂缝。
　　表面裂缝影响较小，而贯穿裂缝危害较大，因为它影响结构的耐久性、整体性和防水性，危害安全。
　　3混凝土材料和设计配合比控制
　　3.1混凝土的配置
　　3.1.1原材料的选择
　　水泥采用42.5R强度普通硅酸盐水泥，使用前必须经过实验室复试合格后方可以使用。
　　3.1.2粗骨料的选择
　　粗骨料的选择，对于大体积混凝土要根据配筋的间距选择粗骨料最大的粒径。在施工条件允许的前提下，尽量选择选用粒径较大，级配较好的石子。因为大粒径的石子，在拌和时，可减少用水量，使混凝土的收缩也会随之减少;此外还可减少水泥的用量，从而降低了水化热。本工程施工中，碎石采用粒径40～50mm的石子，拌制1m3混凝土可减少拌和水15公斤，减少用水量20公斤。
　　3.1.3细骨料的选择
　　细骨料的选择，在拌制混凝土的时，本工程选择中砂，因为这样可以减少用水量和水泥用量，从而可以减少混凝土的收缩和降低水化热。
　　控制砂、石的含泥量，因为含泥量过多，不仅会增加混凝土的收缩，也会降低混凝土的强度。因而要将砂、石清洗干净，以控制石子的含泥量不超过1％，砂的含泥量不超过2％。
　　3.1.4 采用外加剂
　　采用CH－20－Ⅲ型高效减水剂，它的特点是减水、缓凝固、可泵性好。符合《混凝土外加剂应用技术规范》（GBJ119）的规定。有明显的减水作用，可以减少水灰比，降低水化热。
　　掺入磨细的Ⅱ级粉煤灰，以降低水泥用量和水化热。北仑电厂生产的Ⅱ级磨细粉煤灰，质量符合《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》（GB8077）规定和《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596）之规定，能够在减少水泥用量的同时，保证混凝土的强度要求，并降低水化热。为满足混凝土抗渗要求，添加UEA膨胀剂。其质量符合《混凝土膨胀剂标准》（JC473）要求。
　　3.2混凝土配合比设计
　　底板混凝土强度等级C40,抗渗等级为P8，因此在配合比设计时，既应满足强度要求，也应该满足抗渗要求，还需要考虑温升控制，降低水化热，防止温度裂缝的产生。实验室在原材料复试合格后，进行配合比试配，选择最优配比。商住楼地下室底板配合比为C40,水泥：砂：石：粉煤灰：CH-20Ⅲ：UEA：水=410：617：970：73：4.1：41.2：210每立方米混凝土水泥的用量410kg/m3;UEA单方用量41.2kg/m3。
　　水泥水化热引起混凝土内部最高绝热温升：
　　Tmax=(W1•Q1+W2•Q2)/(rh•C)
　　式中：W1--------单方混凝土水泥用量
　　W2---------单方混凝土UEA用量
　　Q1---------每公斤水泥水化热值，7d水化热值取356Kj/kg
　　Q2--------------UEA水化热值，取274Kj/kg
　　rh---------------混凝土容重，取2325kg/m3
　　C----------混凝土比热，取0.96kg/m3
　　Tmax=(410×356＋45.2×274)/（2325×0.96）＝71℃
　　4混凝土施工控制
　　4.1控制混凝土的出机温度
　　为减小大体积混凝土总体的温度，控制混凝土的出机温度是有必要的。
　　其出机温度T0是根据搅拌前原材料总热量与搅拌后混凝土总热量相等而得出的。(Cs+CwQs)WsTs+(Cg＋QgCw)WgTg+CcWcTc+Cw(WwQsWc－QgWg)Tw
　　T0=———————————————————————————————————CsWs+CgWg+CwWw+CcWc
　　式中Cs、Cg、Cc、Cw¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬--------分别为砂、石、水泥和水的比热（J/(kg•℃)）
　　Ws、Wg、Wc、Ww------分别为1立方米混凝土中砂、石、水泥和水的用量（kg•℃）
　　Ts、Tg、Tc、Tw----------分别为砂、石、水泥和水的温度（℃）
　　Qs、Qg-----------------------分别为砂、石在搅拌前的含水量（％）
　　由上式可以看出：
　　混凝土中的砂、石比热较小，但用量较大，所以对温度的影响较大；而水的比热虽大，但是用量较少，所以对温度影响较小。
　　要控制混凝土出机温度为防止太阳直射，我们采取在浇筑混凝土时派专人进行监控，将砂、石放于阴棚下，用冷水冲洗以达到降温的目的；控制混凝土浇筑时的温度即出机后，经过运送、卸料、泵送、浇筑振捣等工序后的温度，即为浇筑温度。
　　我国规范规定，浇筑温度控制在25℃,所以在浇筑时，合理控制振捣时间，浇筑好后要养护。
　　4.2混凝土搅拌
　　由于商住楼地下室底板混凝土施工不设施工缝，一次性浇筑以保证整体性。同时考虑基坑较深，混凝土量大，所以混凝土采用商品混凝土，用搅拌车运至施工现场再由泵车送至浇筑部位入模。
　　根据施工要求对原材料进行温度调节，搅拌采用二次投料工艺，加料顺序为，先将水和水泥、掺和料、外加剂搅拌约1min成水泥浆，然后投入粗、细骨料拌均。计量精度每班至少检查两次，计量控制在：外加剂¬¬±5％，水泥、掺和料、膨胀剂、水±1％，砂石±2％以内。搅拌符合机械说明书的时间，加膨胀剂不少于120s，出罐时随时监测塌落度，由专业技术人员及时调整。
　　4.3混凝土的场外运输
　　运送混凝土的车辆应满足均匀，连续供应混凝土的浇筑需要。完善调度系统和装备，根据施工情况指挥混凝土与运送，停止停滞时间。
　　4.4混凝土（固定泵）场内运输与布料
　　受料斗配备孔径为50mm×50mm的振动筛防止个别大颗粒骨料流入泵管，料斗内混凝土上面表距离上口宜200mm左右以防止泵入空气。泵送混凝土前，先将储料斗内清水从管道泵出，以湿润和清洁管道，然后压入纯水泥浆润滑管道后再泵送混凝土。开始送压混凝土时候速度要慢，待混凝土出端部时可以逐步加快，并转入正常用正常速度进行连续泵送。遇到运转不正常时，放慢泵送速度，进行抽吸往复推动数次，以防堵管，泵送混凝土入模时，端部软管均匀移动，使每层布料均匀，泵管向下倾斜输送混凝土时，在下斜管的下端设置相当于5倍落差长度的水平管，于水平线倾斜度超过7度时，在斜管上端设置排气活塞。沿地面铺管，每节管两端垫50mm×100mm方木，以便拆装；向下倾斜输送混凝土时，搭设宽度不小于1m的斜道，上铺脚手板，管两端垫方木支撑，泵管搭设在临时搭设的架子上。
　　4.5混凝土浇筑
　　混凝土浇筑之前对混凝土接触面进行先湿润，混凝土垫层大量洒水浇湿以后开始施工，混凝土浇筑采用“斜坡分层法”（如下图1），分层厚度控制在30～50cm,由西向东推进，浇筑速度控制在50m2左右。浇筑时候在下一层混凝土初凝之前浇筑上一层混凝土，混凝土配制速度满足浇捣的要求。浇捣时间按以下控制(如下表1)，避免出现冷缝，并将表面泌水及时排走。混凝土振捣使用高频振荡器，振荡器的插点间距为1.5倍振荡器的作用半径，防止漏振。斜面推进时振动棒在坡脚与坡顶处插振，振动混凝土时候，振荡器均匀拔插，插入混凝土50cm左右，每振动10～15s以混凝土泛浆不再溢出气泡为准，不可过振。为了使混凝土振捣密实，每台混凝土泵出料口配备4台振捣棒（3台工作，一台备用），分三道进行施工布置，第一道布置于出料口使混凝土形成自然的流淌坡度；第二道布置在坡脚，能够保证混凝土下部的密实度；第三道布置在斜面中部在斜面各点要严格控制振捣时间、移动距离和插入。混凝土浇筑终了以后3～4h在混凝土接近初凝之前进行二次振捣然后按标高线用刮尺刮平并轻轻摸压。混凝土的浇筑温度低于25℃，混凝土表面浮浆较厚，在混凝土初凝前加粒径为2～4cm的石子浆，均匀撒布在混凝土的表面轻轻的摸平。混凝土硬化后的表面素性收缩裂缝用水泥素浆刮平。
　　　　
　　
　　浇浇筑混凝土时间（表1）
　　
　　
　　4.6混凝土养护与温控
　　为防止混凝土表面散热过快和表面脱水，避免内、外温差过大和干缩过大引起干缩引起裂缝混凝土终凝后立即进行保混温保湿养护。本工程采用蓄水养护，混凝土表面在初凝后覆盖塑料薄膜，终凝后注水，蓄水深度不少于80cm，当混凝土表面温度与养护水温差超过20℃时，注入温水使温差控制在10℃左右，以保证混凝土的内部温度与表面温度之差不超过25℃。
　　5混凝土测温措施
　　大体积混凝土浇筑完毕，必须进行监测，检测内、外温差，以便采取相应的措施保证混凝土的质量。本工程采用电子测温仪测温，由于电梯的基坑的厚度最大，混凝土中心温度就在电梯基坑的基坑处，因而，只要测出电梯基坑混凝土中心的温度与混凝土表面的温度差别不超过25℃，就可以保证混凝土不会产生温度裂缝。
　　5.1测温点平面位置
　　每个电梯基坑内均布置三个点（上、中、下），同时在电子测温点边上还布置三处预留测温孔采用温度计进行测温，进行校验；在底板边缘每隔15m布置一个点，在电梯基坑相邻处布置一个点；在底板边缘以及转角处电子测温点的周围不均匀布置预留测温孔，以便用温度计进行校核。测温延续时间自混凝土始至撤销保温层止，测温点在平面图上编号，并在现场挂编号标志，测温作详细的记录（下表2）并整理成温度曲线图（见下图2）。
　　　　6施工体会
　　商住楼地下室底板的施工，经过系统的控制，在混凝土浇筑完毕3天，混凝土内部的温度达到最高为64.3℃，内外温差最大为13℃，有效地控制了大体积混凝土的裂缝。
　　6.1施工
　　大体积混凝土经过对原材料进行选择，合适的配合比设计是非常有必要的。初温控制和保温养护措施的情况下，是可以对温升进行有效的控制。
　　6.2保温与温度监控
　　大体积混凝土施工完毕，应该严格地进行养护，并对温度进行科学的测量与监控以掌握温度的变化进行养护。