大体积混凝土施工关键过程的控制

摘要：为保证大体积混凝土施工质量满足设计及验收规范要求，在施工工程中采取各种措施对施工过程进行控制。
　　关键词：混凝土，温度，养护，控制，硅粉
　　1工程简介
　　本人曾在2006--2007年期间施工过一个大体积混凝土的项目工程，该工程主楼地上16层，地下1层，建筑总高度为72米，建筑总面积为18350平方米，地基为钢筋混凝土灌注桩，基础为钢筋混凝土整体基础和独立基础两种形式，其中桩承台基础厚为2.1米，单个桩承台面积为206.6平方米，两个共计413.2平方米，设计采用C35混凝土，混凝土工程量总计为968立方米。属大体积混凝土施工范畴。
　　2施工配合比的设计
　　（1）配合比：大体积钢筋混凝土结构引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温和后期降温现象。本工程施工采用中热水泥，水泥标号为42.5R。
　　（2）骨料的选择：粗骨料的选择主要是考虑能够满足泵送要求，采用中粗砂，含泥量控制在0.2%以内，且不得含有杂质，砂率为39%，碎石粒径在10-20mm内连续级配。
　　（3）外加剂的选择：○1高效泵送减水剂的作用主要是使水泥颗粒均匀分散，使水泥的水化作用充分，减少混凝土混合物的用水量，降低水灰比，改善混凝土的和易性，提高混凝土的强度和密实性，有利于泵送。在保持塌落度不变的情况下，掺入适量的减水剂可使混凝土的单位用水量减少10%--15%，在保持水灰比不变的情况下，可节约水泥10%，同时混凝土强度比不掺减水剂的要高5%--10%，其掺合量为0.2%--0.3%，不得大于0.5%。○2要适当掺入缓凝剂，在施工中为防止气温较高，运距较远，混凝土混合物发生过早凝结而使塌落度下降，延缓大体积混凝土放热时间，滞缓水化热的速度以及对分层浇筑的混凝土，防止出现冷缝。○3为防止大体积混凝土中要惨入水泥用量的10%的UEF膨胀剂，配置补偿性混凝土，利用外侧模的限定条件，使筏板在限定条件下膨胀抵消其部分凝结干缩及内外温差引起表面拉应力，使筏板的抗烈性得以提高。○4水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，添加减水剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下，可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。○5减水剂可有效的提高混凝土的抗拉强度，大幅度提高混凝土的抗裂性能。
　　许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，我们在工程施工中应多进行这方面的实验对比和研究，比单纯的靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济。
　　3裂缝原因的分析
　　混凝土产生裂缝的因素很多，混凝土的收缩裂缝、温度应力和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性、原材料不合格等各种原因。这里主要以混凝土的收缩裂缝、温度应力等为例进行分析。
　　（1）混凝土的收缩：新浇注的混凝土在强烈的阳光照射下，表面的水分迅速蒸发，产生收缩应力，导致裂缝产生，这种裂缝一般是不规则的表面龟裂，已凝结的防水混凝土由于养护不及时等主要原因，早期失水，也会产生不规则的收缩裂缝。
　　（2）温度应力：混凝土浇筑后，初期由于水泥水化热的作用，其内部温度升的很快，超出了最初的浇筑入模温度和当时的气温，当有约束时，混凝土热胀冷缩所产生的体积膨胀，因为受到约束力的限制，在内部产生了温度应力，由于混凝土抗拉强度较低，容易被温度引起的拉应力拉裂，从而产生温度裂缝。根据温度应力引起的原因可分为自应力和约束应力两类，温度应力的形成可分为以下三个阶段：早期，从浇注开始至水泥放热基本结束，这个阶段的两个特征：一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土弹性模量的急剧变化。中期，从水泥放热作用基本结束时起，至混凝土冷却至稳定温度时止。这期间，温度应力主要由混凝土的冷却至及外界气温变化所引起的；晚期，则指混凝土完全冷却以后的运转时期。
　　4施工关键过程的控制
　　（1）混凝土的浇注：为保证混凝土浇注时不产生离析，混凝土自高处倾倒时的自由高度不应超过2米，当大于2米时，常采用串筒、溜槽等工具以缩短倾落高度。大体积混凝土基础的整体性要求较高，混凝土要连续浇注，采用大斜面分层踏步式推进的方法，将筏板分成四个浇注层，每层厚度控制在500mm左右，以减少混凝土内部的温差。在已浇注的下层混凝土尚未凝结前，即开始浇注上层混凝土，直到浇注完成。浇注混凝土时必须必须要保证筏板上所留剪力墙，框架柱插筋固定牢靠、不变形、不移位。
　　（2）混泥土的振捣：混凝土采用插入式振动棒振捣，快插慢拔拔插点均匀排列，逐点移动，顺序进行，移动间距不大于振动棒作用半径的1.5倍，一般不大于30cm。振捣上层混凝土时应插入未凝固的下层混凝土的5-10cm，以消除面层混凝土间的接缝，确保混凝土浇注的密实性。
　　（3）混凝土的表面处理：大体积泵送混凝土其表面水泥浆较厚，在混凝土浇注结束后要认真处理，经4-5个小时左右，按标高用长刮尺刮平，并打磨压实。
　　（4）混凝土的养护时间和方法：为了保证新浇注的混凝土由适当的硬化条件，防止在早期由于干缩而产生裂缝，大体积混凝土浇注完毕后，在自然气温高于5℃的条件下，用草袋、麻袋等覆盖混凝土，并在上面经常浇水，以能够保持足够的湿润状态为宜。在一般气候条件下（15℃）以上，在浇筑后最初3天，白天每隔2小时浇水一次，夜间至少浇水2次，在以后的养护中，每昼夜至少浇水4次，在干燥的气候条件下，浇水次数应适当增加，浇水养护时间一般以达到标准强度的60%左右为宜。
　　实践证明，混凝土常见的裂缝大多是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成的温度骤降而形成的，因此说，混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤为重要，从温度应力观点出发，保温应达到以下要求：第一，防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度。第二，防止已浇注混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。第三，防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。因此，早期养护的目的在于保持混凝土合适的温湿条件，一方面使混凝土免受不利温湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。另一方面使水泥水化作用顺利进行，以达到设计的强度和抗裂能力。
　　(5)温度控制：防止裂缝减轻温度应力，可以从控制温度或改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施，采用改善骨料级配，掺混合料减少混凝土中的水泥用量；分层多次浇注，利用浇注层面散热；根据试验报告确定合理的拆模时间，当气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。
　　改善约束条件的措施：如避免基础过大起伏、根据施工规范以及实际情况合理地分缝分块、合理的安排施工工序。
　　另外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
　　(6)温差测定：为了便于掌握大体积混凝土在硬化过程中，混凝土内水泥水化升温和降温的变化规律及内外温差，以免引起裂缝，为养护措施的调整提供依据，在大体积混凝土施工时采用温度计对其进行温度监测。混凝土初凝之前，浇注6小时后开始，每2小时测温一次，连续6天后，改为6小时测温一次，同时在每天下午2点测大气温度，在测量过程中，当发现内外温差超过25℃时，应加强保温或适当拆除保温材料，当温差少于25℃时，可停止测温。
　　5质量保证措施
　　(1)加强技术管理：加强原材料的检验，试验工作，施工中严格按照方案及交底的要求指导施工，明确分工、责任到人，加强计量监测工作，定量检查并做好详细记录，认真对待浇注工程中可能出现的冷缝，并采取有效措施加以杜绝。
　　(2)合理组织劳动及机械设备：承台浇注采用泵送，并用塔吊配合，以免接拆泵管或堵管时间过长，引起混凝土出现冷缝，砂、石采用自动配料机配，装载机配合。因混凝土浇注量较大，施工人员应分2-3个作业班，每班交接班工作提前半小时完成，人不到岗不准换班，并明确交接班注意事项，以免交接班不当带来质量隐患。
　　总之，通过对以上几个关键方面重点的控制，该工程取得了良好的效果，虽然造成裂缝的原因很多，但是只要在具体施工中多分析、多比较、多观察、多总结，并结合多种预防处理措施，有效减少混凝土的裂缝是完全可以实现的。
　　参考文献：
　　[1]《块体基础大体积混凝土施工技术规程》YBJ224-91.北京：冶金工业出版社，1991
　　[2]王寿华等著《建筑施工手册》（第四版），北京：中国建筑工业出版社，2003
　　
　　　　摘要：为保证大体积混凝土施工质量满足设计及验收规范要求，在施工工程中采取各种措施对施工过程进行控制。
　　关键词：混凝土，温度，养护，控制
　　1工程简介
　　本人曾在2006--2007年期间施工过一个大体积混凝土的项目工程，该工程主楼地上16层，地下1层，建筑总高度为72米，建筑总面积为18350平方米，地基为钢筋混凝土灌注桩，基础为钢筋混凝土整体基础和独立基础两种形式，其中桩承台基础厚为2.1米，单个桩承台面积为206.6平方米，两个共计413.2平方米，设计采用C35混凝土，混凝土工程量总计为968立方米。属大体积混凝土施工范畴。
　　2施工配合比的设计
　　（1）配合比：大体积钢筋混凝土结构引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温和后期降温现象。本工程施工采用中热水泥，水泥标号为42.5R。
　　（2）骨料的选择：粗骨料的选择主要是考虑能够满足泵送要求，采用中粗砂，含泥量控制在0.2%以内，且不得含有杂质，砂率为39%，碎石粒径在10-20mm内连续级配。
　　（3）外加剂的选择：○1高效泵送减水剂的作用主要是使水泥颗粒均匀分散，使水泥的水化作用充分，减少混凝土混合物的用水量，降低水灰比，改善混凝土的和易性，提高混凝土的强度和密实性，有利于泵送。在保持塌落度不变的情况下，掺入适量的减水剂可使混凝土的单位用水量减少10%--15%，在保持水灰比不变的情况下，可节约水泥10%，同时混凝土强度比不掺减水剂的要高5%--10%，其掺合量为0.2%--0.3%，不得大于0.5%。○2要适当掺入缓凝剂，在施工中为防止气温较高，运距较远，混凝土混合物发生过早凝结而使塌落度下降，延缓大体积混凝土放热时间，滞缓水化热的速度以及对分层浇筑的混凝土，防止出现冷缝。○3为防止大体积混凝土中要惨入水泥用量的10%的UEF膨胀剂，配置补偿性混凝土，利用外侧模的限定条件，使筏板在限定条件下膨胀抵消其部分凝结干缩及内外温差引起表面拉应力，使筏板的抗烈性得以提高。○4水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，添加减水剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下，可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。○5减水剂可有效的提高混凝土的抗拉强度，大幅度提高混凝土的抗裂性能。
　　许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，我们在工程施工中应多进行这方面的实验对比和研究，比单纯的靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济。
　　3裂缝原因的分析
　　混凝土产生裂缝的因素很多，混凝土的收缩裂缝、温度应力和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性、原材料不合格等各种原因。这里主要以混凝土的收缩裂缝、温度应力等为例进行分析。
　　（1）混凝土的收缩：新浇注的混凝土在强烈的阳光照射下，表面的水分迅速蒸发，产生收缩应力，导致裂缝产生，这种裂缝一般是不规则的表面龟裂，已凝结的防水混凝土由于养护不及时等主要原因，早期失水，也会产生不规则的收缩裂缝。
　　（2）温度应力：混凝土浇筑后，初期由于水泥水化热的作用，其内部温度升的很快，超出了最初的浇筑入模温度和当时的气温，当有约束时，混凝土热胀冷缩所产生的体积膨胀，因为受到约束力的限制，在内部产生了温度应力，由于混凝土抗拉强度较低，容易被温度引起的拉应力拉裂，从而产生温度裂缝。根据温度应力引起的原因可分为自应力和约束应力两类，温度应力的形成可分为以下三个阶段：早期，从浇注开始至水泥放热基本结束，这个阶段的两个特征：一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土弹性模量的急剧变化。中期，从水泥放热作用基本结束时起，至混凝土冷却至稳定温度时止。这期间，温度应力主要由混凝土的冷却至及外界气温变化所引起的；晚期，则指混凝土完全冷却以后的运转时期。
　　4施工关键过程的控制
　　（1）混凝土的浇注：为保证混凝土浇注时不产生离析，混凝土自高处倾倒时的自由高度不应超过2米，当大于2米时，常采用串筒、溜槽等工具以缩短倾落高度。大体积混凝土基础的整体性要求较高，混凝土要连续浇注，采用大斜面分层踏步式推进的方法，将筏板分成四个浇注层，每层厚度控制在500mm左右，以减少混凝土内部的温差。在已浇注的下层混凝土尚未凝结前，即开始浇注上层混凝土，直到浇注完成。浇注混凝土时必须必须要保证筏板上所留剪力墙，框架柱插筋固定牢靠、不变形、不移位。
　　（2）混泥土的振捣：混凝土采用插入式振动棒振捣，快插慢拔拔插点均匀排列，逐点移动，顺序进行，移动间距不大于振动棒作用半径的1.5倍，一般不大于30cm。振捣上层混凝土时应插入未凝固的下层混凝土的5-10cm，以消除面层混凝土间的接缝，确保混凝土浇注的密实性。
　　（3）混凝土的表面处理：大体积泵送混凝土其表面水泥浆较厚，在混凝土浇注结束后要认真处理，经4-5个小时左右，按标高用长刮尺刮平，并打磨压实。
　　（4）混凝土的养护时间和方法：为了保证新浇注的混凝土由适当的硬化条件，防止在早期由于干缩而产生裂缝，大体积混凝土浇注完毕后，在自然气温高于5℃的条件下，用草袋、麻袋等覆盖混凝土，并在上面经常浇水，以能够保持足够的湿润状态为宜。在一般气候条件下（15℃）以上，在浇筑后最初3天，白天每隔2小时浇水一次，夜间至少浇水2次，在以后的养护中，每昼夜至少浇水4次，在干燥的气候条件下，浇水次数应适当增加，浇水养护时间一般以达到标准强度的60%左右为宜。
　　实践证明，混凝土常见的裂缝大多是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成的温度骤降而形成的，因此说，混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤为重要，从温度应力观点出发，保温应达到以下要求：第一，防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度。第二，防止已浇注混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。第三，防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。因此，早期养护的目的在于保持混凝土合适的温湿条件，一方面使混凝土免受不利温湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。另一方面使水泥水化作用顺利进行，以达到设计的强度和抗裂能力。
　　(5)温度控制：防止裂缝减轻温度应力，可以从控制温度或改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施，采用改善骨料级配，掺混合料减少混凝土中的水泥用量；分层多次浇注，利用浇注层面散热；根据试验报告确定合理的拆模时间，当气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。
　　改善约束条件的措施：如避免基础过大起伏、根据施工规范以及实际情况合理地分缝分块、合理的安排施工工序。
　　另外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。
　　(6)温差测定：为了便于掌握大体积混凝土在硬化过程中，混凝土内水泥水化升温和降温的变化规律及内外温差，以免引起裂缝，为养护措施的调整提供依据，在大体积混凝土施工时采用温度计对其进行温度监测。混凝土初凝之前，浇注6小时后开始，每2小时测温一次，连续6天后，改为6小时测温一次，同时在每天下午2点测大气温度，在测量过程中，当发现内外温差超过25℃时，应加强保温或适当拆除保温材料，当温差少于25℃时，可停止测温。
　　5质量保证措施
　　(1)加强技术管理：加强原材料的检验，试验工作，施工中严格按照方案及交底的要求指导施工，明确分工、责任到人，加强计量监测工作，定量检查并做好详细记录，认真对待浇注工程中可能出现的冷缝，并采取有效措施加以杜绝。
　　(2)合理组织劳动及机械设备：承台浇注采用泵送，并用塔吊配合，以免接拆泵管或堵管时间过长，引起混凝土出现冷缝，砂、石采用自动配料机配，装载机配合。因混凝土浇注量较大，施工人员应分2-3个作业班，每班交接班工作提前半小时完成，人不到岗不准换班，并明确交接班注意事项，以免交接班不当带来质量隐患。
　　总之，通过对以上几个关键方面重点的控制，该工程取得了良好的效果，虽然造成裂缝的原因很多，但是只要在具体施工中多分析、多比较、多观察、多总结，并结合多种预防处理措施，有效减少混凝土的裂缝是完全可以实现的。
　　参考文献：
　　[1]《块体基础大体积硅粉混凝土施工技术规程》YBJ224-91.北京：冶金工业出版社，1991
　　[2]王寿华等著《建筑施工手册》（第四版），北京：中国建筑工业出版社，2003