探析大体积混凝土施工技术要点

摘要：大体积混凝土是指混凝土结构物中实体最小尺寸不小于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。凡属于大体积混凝土都有一些共同的特征：结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂，施工技术要求高。水泥水化热使结构产生温度和收缩变形，应采取相应的措施，尽量能减少温度变形引起的开裂。大体积混凝土结构整体性要求较高，通常不允许留施工缝。因此，必须保证混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣各工序协调配合，并在此基础上，根据结构大小、钢筋疏密等具体情况，选用适当的浇筑方案。
　　关键词：大体积混凝土施工技术
　　在实际工作中大体积混凝土经常出现的主要问题，不是力学上的结构强度，而是以控制混凝土温度变形裂缝，从而提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀性能，以提高建筑结构的耐久年限为主要任务。混凝土坝是典型的大体积混凝土构筑物，另外如水工构筑物、高层建筑物、大型构筑物的基础、核电站压力容器和安全壳等结构的混凝土，一般都属于大体积混凝土结构。
　　一、大体积混凝土结构的特征
　　关于大体积混凝土的定义，美国混凝土学会规定为：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂”。日本建筑学会标准（JASS5）的定义是“结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。
　　大体积混凝土除对结构最小断面尺寸和内外温差有一定的规定外，对平面几何尺寸也有一定限制。因为结构物的平面尺寸过大，由于基础约束作用而产生的温度应力也就愈大。如采取控制温度的措施不当，势必更易产生裂缝。
　　二、大体积混凝土裂缝产生的原因
　　大体积混凝土结构在升温和随之而来的降温过程中，产生裂缝的主要原因是：
　　首先是温度原因，混凝土内部热量积聚不易散发，外部则散热较快，无论在升温或降温过程中，混凝土表面的温度总低于内部温度。即使在混凝土硬化后期，水化热散尽，结构温度已接近周围气温，这时若受到寒潮侵袭，气温骤降，结构表面急冷，仍产生内外温差。这种温差造成内部和外部热胀冷缩的程度不同，就在混凝土表面产生拉应力（又称内约束应力）。当温差大到一定程度，表面的拉应力超过当时混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就会产生裂缝。
　　其次是收缩作用，由于升温造成热胀，降温产生冷缩。混凝土在浇筑过程中因其处于流动状态或只能有很低的强度，水化热造成的热胀受到的约束很小，而混凝土硬化以后产生的收缩（此时还有干缩），将受到地基的强大约束，产生很大的外约束应力。当这种约束在基础内产生的拉应力超过此时混凝土的极限抗拉强度时，就会在基础内部产生裂缝。表面裂缝与内部裂缝叠加起来，形成贯穿裂缝，造成严重危害。混凝土是含有多相结构的非均质体，要想其中不出现任何裂缝是不可能的，但必须防止影响结构正常使用的有害裂缝出现，即将裂缝控制在规范允许的范围内。我国规范规定最大裂缝宽度允许值为0.2mm。如何控制大体积混凝土裂缝呢？由前述分析可见，温度应力是前期裂缝的主要成因。而导致产生内约束应力的内外温差，其主要矛盾方面是内部温度升高；导致产生外约束力的冷缩，亦是热胀的后果，所以控制大体积混凝土的升温乃是控制裂缝的关键。
　　三、大体积混凝土裂缝的防控措施
　　1、科学用料、合理调配
　　控制含泥量。根据结构断面最小尺寸和泵送管道内径，选择合理的最大粒径。选用天然连续级配的粗集料，使混凝土具有较好的可泵性，减少用水量、水泥用量，进而减小水化热，以采用级配良好的中砂为宜，通过试验证明，采用细度模数2.8的中砂比采用细度模数2.3的中砂，可减少用水量20kg/m3-25kg／m3，可降低水泥用量28kg／m3-35kg／m3。因而降低了水泥水化热，混凝土温度升高和收缩，选用合理砂率对混凝土的可泵性是有所提高的。
　　控制水灰比。混凝土中掺入一定数量的优质粉煤灰。不但能代替部分水泥，而且粉煤灰颗粒呈球状具有滚动效应，起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性，并且能够补充泵送混凝土中粒径在0.315mm以下的细集料达到占15％的要求，从而改善了可泵性。掺优质粉煤灰的混凝土后期强度高，在一定范围内60天比28天强度均可增长20％左右。减少水泥用量。选用水化热较低的32.5号矿渣硅酸盐水泥。其早期的水化与同龄期的普通硅酸盐水泥相比，3天的水化热约低30％。大体积混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土早期升温和后期降温产生内部和表面温差。合理地选用水泥是控制温度裂缝的有效措施。
　　2、优化浇捣方法
　　大体积混凝土施工段的划分及浇筑顺序应根据具体工程结构确定，通常按该工程项目划分表的单元工程进行划分。混凝土可采用混凝土运输车运到现场，汽车泵或混凝土输送泵运送入仓；如采用非泵送混凝土，可用吊机(车)直接布料或搭设脚手架采用机动车布料。大体积混凝土必须根据当地中长期天气预报，选择最佳天气条件进行浇筑，应尽量安排在低温时段浇筑，以最大限度降低混凝土的初凝温度。在浇筑过程中，应遵循“同时浇捣、分层推进，一次到顶，循序渐进”的成熟工艺。振捣时重点控制两点，即混凝土流淌的最近点和最远点，振动点振动时不能漏振，尽可能采用两次振捣工艺，以提高混凝土的密实度。
　　3、加强后期养护
　　养护是一项十分关键的工作，养护主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内表温差，促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。根据工程的具体情况，应尽可能多养护一段时间，拆模后立即回土或覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响，以控制内表温差，防止混凝土早期和中期裂缝。养护用水的温度应与现场测得的混凝土表面温度接近，以免人为造成混凝土表面产生温度梯度，进而出现裂缝。大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过温度控制，防止因温度变形引起混凝土的开裂。温度控制就是对混凝土的浇筑温度和混凝土内部的最高温度进行控制。在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点：①混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于25℃-30℃。②混凝土拆模时，混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温。③采用内部降温法来降低混凝土内外温差。④保温法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料(如草袋、锯木、湿砂等)，在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃。⑤混凝土表层布设抗裂钢筋网片，增强混凝土的抗裂性，防止混凝土收缩时产生干裂。
　　结语：虽然在实际工作中对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，同时应做好充分的施工准备、加强现场协调与组织管理，混凝土的裂缝是完全可以避免的。