大体积混凝土施工方案

大体积混凝土施工技术

1.工程概况

潍坊市中医院综合楼建筑平面由两个矩形由一道伸缩缝分为两个部分，地上15层，地下1层。为全现浇剪力墙框架结构。基础为筏板混凝土基础伸缩缝以东厚为2.5m，伸缩缝以西厚为1.4m，其砼总量约为6000M3。砼设计强度等级为C40，抗渗等级为S6。该混凝土为超厚大体积混凝土，为避免混凝土产生有害结构裂缝，本工程采用筏板内部埋设循环水管降温系统的降温方案。不仅如此，在原材料选用与配合比设计、混凝土供应与浇筑以及混凝土内部温度监测与表面养护等方面采取有效的控制措施，从而来保证了混凝土工程的施工质量和工程的预期效益。

2.混凝土裂缝成因

混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝主要有三种，一是骨料与水泥石粘合面上的裂缝，称为粘着裂缝；二是水泥石中自然的裂缝，称为水泥石裂缝；三是骨料本身裂缝，称为骨料裂缝。

混凝土结构的宏观裂缝产生的原因主要有三种，一是由外荷载引起的，即按常规计算的主要应力引起的；二是结构次应力引起的裂缝，这是由于砼结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的；三是变形应力引起的裂缝，这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形，当变形受到约束应力时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。

当混凝土结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起内部不同部位的变形相互约束，这样的约束称之为内约束；当一个结构物的变形受到其他结构的阻碍所受到的约束称为外约束。建筑工程中的大体积混凝土结构所承受的变形，主要是因内约束而产生的。

建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此变形的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。贯通裂缝是由大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝不同程度上，都属于有害裂缝。

3.施工情况介绍

筏板混凝土强度高，厚度和体积大，施工时为春季天气多变，突出难度如下：

降低大体积混凝土内部最高温度和控制混凝土内外温度差在规定限值(25℃)以内，存在3个极不利因素：①筏板混凝土超厚，要一次性浇筑，混凝土内部温度不易散发；②混凝土强度等级高（强度为C40 ，S6）；③大气温度变化大，环境温度温差大，混凝土内表温差大；

④砼降温期间温差难以控制。在这些因素综合作用下，混凝土内部则会形成较高的温度梯度，存在着产生结构裂缝的危险。为防止混凝土结构产生裂缝(表面裂缝和贯穿裂缝)，就必须从

降低混凝土温度应力和提高混凝土本身抗拉性能这两方面综合考虑。为此，把超厚大体积混凝土工程施工列为本项目的工作重点并作为课题进行研究攻关。

4.混凝土的温控计算及温控措施

4.1 C40大体积混凝土配合比设计及试配。

为降低C40大体积混凝土的最高温度，最主要的措施是降低混凝土的水化热。因此，必须做好混凝土配合比设计及试配工作。

4.1.1原材料选用

水泥：C40大体积混凝土应选用水化热较低的水泥，并尽可能减少水泥用量。本工程选用了PS42.5水泥。

细骨料：根据试验采用Ⅱ区中砂。

粗骨料：在可泵送情况下，选用粒径5-32.5连续级配石子，以减少水泥用量和混凝土收缩变形。

含泥量：在大体积混凝土中，粗细骨料的含泥量是要害问题，若骨料中含泥量偏多，不仅增加了混凝土的收缩变形，又严重降低了混凝土的抗拉强度，对抗裂的危害性很大。因此骨料必须现场取样实测，石子的含泥量控制在1％以内，砂的含泥量控制在2％以内。

掺合料：采用添加超细粉技术。项目部根据试验选定采用，在混凝土中掺用的超细粉不仅能够节约水泥，降低水化热，增加混凝土和易性，而且能够大幅度提高混凝土后期强度，大大降低了混凝土前3天的水化热。

外加剂：采用外加膨胀剂（DBC-1）技术。在混凝土中添加占胶凝材料11％的DBC-1。试验表明，在混凝土添加了DBC-1之后，混凝土内部产生的膨胀应力可以抵消一部分混凝土的收缩应力，从而提高了提高混凝土抗裂强度和抗渗性能。

4.1.2试配及施工配合比确定

根据试验室配合比设计试配，确定每立方米混凝土配合比为PS42.5级水泥394kg，砂（中砂）733kg、连续级配碎石(粒径5—31.5mm)1054kg，掺合料（超细粉）98kg，外加剂43.75kg，水175kg，坍落度160~180mm。

4.2混凝土温度验算

假若承台周边没有任何散热和热损失条件（现场为砖地模且在砼施工时周边分层回填夯实），水化热全部转化成温升后的温度值，在混凝土表面覆盖一层麻袋一层塑料布作为保温层，则混凝土水化热绝热温升值为（混凝土在3-3.5d的水化热为峰值，则取3d砼温度）：计算参数：混凝土为C40 S6、水泥为P.S42.5

mc=437.75 kg /m3（按每立方砼水泥394 kg，外加剂43.75kg考虑）、Q=461KJ/kg（见表1）、c=0.91 KJ/kg.K、β=2400 kg/m3、混凝土浇筑温度按34℃考虑。

混凝土温度计算：

4.2.13d最大水化热绝热温升值

Tmax= mc.Q/(c.β)=437.75×461/（0.91×2400）=92.4℃

4.2.2 3d混凝土内部实际最高温度

Tmax=T O+T（t）ξ

注：T1为厚度为H的大体积混凝土地板上表面单向完全散热状态时的核心温升值，T h 为厚度为H的大体积混凝土地板上表面单向完全绝热状态时的核心温升值。

查表2，得ξ=0.65

3d水化热温升：T（3）ξ=92.4×0.65=60.06 ℃

混凝土内部最高温度为：

T3=T O+T（3）ξ=34+60.06=94.06 ℃

4.2.3 混凝土表面温度

Tb(t)=Ta+（4/H2）h’(H- h’)△T（t）

混凝土表面采用麻袋保温养护，则

传热系数β=1/[δ/λ+1/βa]=1/[0.005/0.14+1/23]=12.7

混凝土导热系数λ取2.33W/m.k

K取0.666

h’=Kλ/β=0.666×2.33/12.7=0.12

混凝土计算高度H=h+2 h’=2.5+2×0.12=2.74m

大气平均温度Ta按32℃考虑

△T（t）= T3- Ta=94.06-32=62.06℃

混凝土表面温度为：

Tb(3)=32+（4/2.742）×0.12×（2.74-0.12）62.06=42.39℃

4.2.4温度差计算

混凝土内部温度与表面温度之差：

Tmax -Tb=94.06-42.39=51.67>25℃

混凝土表面温度与大气温度之差：

Tb- T O=42.39-32=10.39<25℃

虽表面温差能满足要求，但混凝土梯度不能满足防裂要求，因此内部混凝土温度需要采取有效降温措施。

4.3经反复论证及翻阅有关资料，确定降温措施采用循环水降温

4.3.1

根据上述计算，在砼内部预埋降温钢管（降温管间距为Φ48@1300），2.5m筏板内双层布置层间间距1m，1.4m筏板单层布置见附图底板散热图。则对其砼降温后进行计算砼温度,验算参数：混凝土最大计算厚度根据钢管最大间距取其厚度为1000、钢管厚度为0.002、水厚取0.044

（1）混凝土最大水化热温度

Tmax=T O+T（t）ξ

查表，得ξ=0.36

3d水化热温升：T（3）ξ=92.4×0.36=33.26℃

混凝土内部最高温度

T3=T O+T（3）ξ=34+33.26=67.26 ℃

（2）温度差计算：

降温后混凝土内部温度与表面温度之差

Tmax -Tb=67.26-42.39=24.87 <25℃

混凝土结构满足抗裂要求

（3）循环水降温循环措施

本工程降温系统采用冷水管DN50镀锌钢管整体循环换水降温系统，即以6道进水管为一组，进行循环换水释放温度。详见附图底板散热图。

4.4温度预测：

根据现场混凝土配合比、施工中的气候情况及养护方案和本工程底板混凝土厚度，我们计划分上、中、下三层设铜热传感器。平面布置采用梅花布点方式，各点相互补充校核。现场计算机与最远测温点的数据线距离控制在0.4km以内。该工程平面每层布点58个，立面布点为3个；西区1.4m厚砼立面布点为2个。测点的平面布置图，立面布置图详见附图筏板基础数字测温布点布置图。

为了掌握混凝土内部的实际最高温升值及混凝土中心至表面的温度梯度，以便对表面的保温措施（加减麻袋和塑料薄膜）加以调整，保证混凝土内部梯度及混凝土表面温差小于25℃，因此应加强混凝土内部温度监测工作。混凝土从浇灌到硬化有一个升温和降温的过程，特别降温至大气温度的过程比较缓慢，为此，测温从混凝土浇筑后24h开始，测温时间我们暂定测温总时间为14d（视具体情况而定，直至砼表面温度与大气温度接近，大气温度与砼中心温度的温差不大于25℃时，解除保温，停止测温工作）。砼浇注完毕12h后开始，前5d测温采集时间间隔为0.5h一次；5d后1h测一次；10d后2h测一次。

（五）、启用预警功能

在软件中设置测温采集器的温差预警值为25摄氏度。以便提醒及早采取措施。

所有监测工作都有专人控制，现场温度监测数据采集并用电脑进行整理分析，并打印输出每次每个测点的温升值和各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整和控温措施的依据，以防止混凝土出现温度裂缝。该工程施工由于筏板砼较厚，混凝土浇筑后预计内部温度较高，且持续时间较长。因此应注意加强温度的跟踪监测，及时调整养护方案和加强降温措施。

4.5应急措施：当通过测温砼内部的温差预警值超过25℃时，发出警报，加强钢管内水的循环换出并在砼面加设塑料膜保温层一层和麻袋等，以至使混凝土内外温度差保证在25℃以内。

5、混凝土浇筑方法

7、混凝土养护措施

7.1混凝土浇捣后4—5h内(根据实践表明，在混凝土初凝前及时覆盖，效果更好。)，表面抹面后，表面及时铺覆盖1层麻袋并备好一层塑料膜和一层麻袋。在养护期间，随时检查混凝土表面的干湿情况及温差(内表温差达23℃时就发警报)，及时浇水保持混凝土温润。其间大承台温差大于25℃时，采取加速钢管内循环换水并在表面在覆盖一层塑料膜和一层麻袋或温水养护，将温差控制在25℃内。

7.2现场混凝土浇筑温度考虑为34℃，混凝土浇捣及养护期间环境温度日平均考虑为32℃。

7.3随着混凝土厚度、体积的增大，其内部热峰值出现龄期也相应延长：承台 (混凝土厚度为2.0m)中心热峰出现龄期为3～3.5天，因此此间混凝土的养护和监测工作尤为重要。

不仅如此在降温期间，因温差而产生的有害裂缝更为危险，因此要认真监测砼内部温度及时调整养护措施。

7.4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，还落实了组织指挥系统，逐级进行了技术交底，做到层层落实，确保顺利实施。

8、施工中应注意的问题

8.1混凝土浇筑不应留冷缝，保证浇筑的交接时间，应控制在初凝前。

8.2保证振捣密实，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，严防漏振及过振。

8.3及时发出温控警报，做好覆盖保温及保湿工作，但覆盖层也不应过热，必要时应揭开保温层，以利于散热。

8.4夜间温度较低，因此应加强夜间混凝土温度的监测工作和养护工作，确保混凝土内部梯度。

8.5保证混凝土供应，连续浇捣，确保不留冷缝。

8.6做好现场协调、组织管理，要有充足的人力、物力、保证施工按计划顺利进行。

9、效果分析

9.1技术分析

9.1.1人员必须落实到位职责分明以及尽职。在混凝土降温实施期间根据实测的砼温度及时调整整体自动循环换水流水量的大小，使混凝土的内部温度与外部温度差控制在规范要求范围内，具体温度变化详见温升变化曲线图。

业检测机构得出的数据说明该结构混凝土的强度达到设计要求，无有害裂缝的产生。12、参考书籍

12.1《现浇钢筋混凝土建筑结构施工手册》（2003年版）

12.2《结构计算手册》

12.3《混凝土结构设计规范》（GBJ50010-2002）

12.4《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）12.5《安全技术操作规程》

12.6《简明施工工程师手册》

12.7其他有关文件