浅析大体积混凝土施工控制要点

浅析大体积混凝土施工控制要点

袁开刚

摘要：大体积混凝土的施工技术要求高，容易出现开裂现象，为此要特别重视施工过程中混凝土因水泥水化热引起的内外温度差而产生的温度应力裂缝。本论文首先介绍大体积混凝土施工中常见病害、原因及质量控制措施；接着以桥梁承台施工为背景，从材料选择、技术措施等相关环节描述大体积混凝土的施工过程控制。

关键词：大体积混凝土承台水化热裂缝

引言：现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型桥梁墩台、大型设备基础、水利大坝等。它主要的特点就是体积大，一般实体最小尺寸厚度大于或等于1m。它的表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。

工程概况：

位于G204国道扩建工程项目苏州太仓市境内的杨林塘大桥主墩承台尺寸为：14.2m×9.255m×3m，全桥10#墩（左右幅）、11#墩（左右幅）共四个主墩承台。

一、大体积混凝土常见病害、原因与预防处理措施

一）常见病害：

大体积混凝土浇筑中主要的质量问题是裂缝，根据其深度的不同可以分为贯穿式裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。表面裂缝主要是温度裂缝，一般危害较小，但影响外观质量；深层裂缝部分地切断了结构断面，对结构耐久性产生一定危害；贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝

发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝，它切断了结构的截面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害是最严重的。

二）裂缝产生的主要原因有：

1.水泥水化热影响

水泥在水化过程中产生了大量的热量，因而使混凝土内部温度升高，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力与温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过混凝土内外力的约束力时，就会产生裂缝。混凝土内部的温度与混凝土的厚度及水泥用量有关，混凝土越厚，水泥用量越大，内部温度就越高。

2.内外约束条件的影响

混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀受到约束而形成压应力。当温度下降，则产生较大的拉应力。另外，混凝土内部由于水化热而形成的中心温度高，热膨胀大，因而在中心区域产生压应力，表面产生拉应力。若拉应力超过混凝土的抗拉强度，则混凝土将会产生裂缝。

3.外界气温变化的影响

大体积混凝土在施工阶段，常受外界气温的影响。混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度、浇筑温度和散热温度三者的叠加。当气温下降，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差和温度应力，使混凝土产生裂缝。

4.混凝土的收缩变形

混凝土中的80%水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩，随着混凝土的陆续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩，而表面速度快于中心。由于表面的干缩受到中心部位混凝土的约束，因而在表面产生拉应力而出现裂缝。所以设计中往往在表面布设抗裂钢筋网片，来防止混凝土收缩产生的干裂。

5.混凝土的沉陷裂缝

支架、支撑等变形下沉会引发结构裂缝，过早拆除模板支架易使未达到强度的混凝土结构发生裂缝和破损。

三）预防和处理措施：

当在施工中出现以上裂缝的征兆时，需立即采取如下预防措施：

1. 降低混凝土的浇筑温度。如采用降低骨料的温度，或加冰水，或采取有

效措施减少混凝土的温度回升，或用液态氮降低混凝土的温度等。

2. 降低混凝土的浇筑厚度，使混凝土的水化热充分散失。考试大－全国最大教育类网站

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3. 加强浇筑混凝土的表面保护。如浇筑后，表面应及时用麻袋等覆盖，并洒水养护，在炎热夏天应适当延长这一状态养护。

二、大体积混凝土的质量控制要点

一）材料要求和配合比设计要科学合理：

1. 充分利用水泥中后期的强度，减少水泥的用量，以控制水化热。

2. 使用水化热较低的大坝水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥或低强度水泥等。

3. 严格控制集料的级配及其含泥量。如果含泥量过大，则不仅会增加混凝土的收缩，而且还会引起混凝土抗拉强度的降低，影响其抗裂性能。

4. 选用合适的缓凝、减水剂，改善混凝土性能。

5. 控制好混凝土的塌落度。

二）混凝土的搅拌、运输与浇筑方案、分层分块浇筑

采取分层浇筑混凝土，利用浇筑面散热，以大大减少施工中出现裂缝的可能性。采用全面分层、分段分层及斜面分层的措施。

三）温度及养护控制

大体积混凝土养护的关键是保持适宜的温度，以便控制混凝土内外温差，促进混凝土强度的正常发展的同时防止混凝土裂缝的产生和发展。大体积混凝土的养护，不仅仅要满足强度的增长需要，还应通过温度控制，防止温度变形而引起的混凝土开裂。主要措施有：

1.降低混凝土入仓温度，冷却骨料，或加入冰块等。

2. 控制结构物混凝土体的内外温度差。按规定在部分混凝土中适量埋入石块或在混凝土中埋设冷却水管，通水冷却。

3. 混凝土浇筑安排在一天中气温较低时进行。

4. 区别不同的环境、条件，对已浇筑的混凝土分别采取浇水、覆盖、积水等相应的养护方法。

下表为大体积混凝土湿润养护时间：

三、大体积混凝土承台的施工措施

本工程中，主墩承台的施工顺序为：钢板桩围堰的施工----基坑开挖与排水----桩头凿除----承台垫层施工----承台放样----钢筋与冷却管施工----模板施工----混凝土施工与养护。

1.钢板桩围堰施工

2.基坑开挖、排水

3.多余桩头破除

承台开挖到底标高后，清除松散软土，处理好地基，破桩头。破桩头时，对于好的混凝土，要控制好标高，保证桩头嵌入长度15cm，对于混凝土有松散杂泥浆等现象，一定要破到好的混凝土面，破出的桩头用吊车调出，并废除掩埋，然后进行动测及桩位偏差检查。合格后即可继续施工，检测后请检测单位出据检测资料和质量合格结论。

4.混凝土垫层

桩头破除后，进行封底。封底前人工清除松散土，处理基础软弱部分，洒布5－－10cm 的石子后，用C20混凝土进行封底，混凝土封底厚度在20cm左右，如果持力层较差，混凝土封底厚度在50cm左右。混凝土封底要注意标高的控制，保证承台下15cm的素混凝土保护层

5. 施工放样

在混凝土垫层上，对承台进行二次施工放样，并在混凝土垫层上弹出墨线标记，用全站仪复核。

6.钢筋与冷却管施工

桩基质量检测合格后，放出承台的纵横向中心线及边线，承台轮廓线放出后，首先将桩基钢筋予以喇叭型成型，再按照设计图纸及有关规范要求进行绑扎钢筋。钢筋施工顺序：承台底层钢筋→承台架立钢筋→冷却管→承台侧面钢筋→墩身预埋钢筋→承台顶层钢筋→施工预埋件。

承台体积较大，防止混凝土浇筑前水化热过大引起温度破裂，因此在钢筋安装好后布设冷却管，冷却管用40mm的铁皮波纹管做成，在垂直位置布置两层，第一层距上口100cm，第二层距下口100cm，每层平面布置时，间距小于1.0m，靠近承台边缘的冷却管，距承台边50cm。在浇筑承台前，预留好进水口和出水口。进水水管从承台顶面进入，在承台顶面出水。输送冷却水时，注意进水速度不要过快，使用一寸泵即可。排出的冷却水集于承台基坑中，用于继续循环冷却养护承台，同时在冷却管边20cm左右预埋一根一端封闭的波纹管，便于检测通水冷却后温度变化。

7.模板支立

侧板采用大块钢模板，模板表面刷脱模剂，以12#槽钢为竖楞，间距50cm，在承台上、中、下位置以φ16螺丝对拉，间距60cm。在模板上口用花篮螺丝连在地锚上，每 1m设一道，以防浇注期间，混凝土不均匀侧压力造成的承台上口偏移。接缝为平缝，采用橡胶止浆条止浆，且做好模板底口的止浆措施。钢筋、模板施工经自检、监理工程师检查符合要求后才能进行承台混凝土施工。模板施工完成后技术人员测量标高，确定承台混凝土的顶面高程，并在模板上划红线标明。

8.混凝土浇筑

立模结束后，对纵横向中心线进行检查，模板安装就位后，经自检合格后再由监理工程师复查合格后浇筑承台混凝土。

本工程采用商品混凝土浇筑，对主要材料要求如下：

（1）水泥

考虑普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水泥水化热不易散发，在混凝土内部温度过高，与混凝土表面产生较大的温度差，便混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝，因此确定采用水化热比较低的矿渣硅酸盐水泥，标号为525#，通过掺加合适的外加剂可以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗渗能力。

（2）粗骨料

采用碎石，粒径5-25mm，含泥量不大于1%。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。

（3）细骨料

采用中砂，平均粒径大于0.5mm，含泥量不大于5%。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。

（4）粉煤灰

由于混凝土的浇筑方式为泵送，为了改善混凝土的和易性便于泵送，考虑掺加适量的粉煤灰。按照规范要求，采用矿渣硅酸盐水泥拌制大体积粉煤灰混凝土时，其粉煤灰取代水泥的最大限量为25%。粉煤灰对水化热、改善混凝土和易性有利，但掺加粉煤灰的混凝土早期极限抗拉值均有所降低，对混凝土抗渗抗裂不利，因此粉煤灰的掺量控制在10以内，采用外掺法，即不减少配合比中的水泥用量。按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量。

（5）外加剂

设计无具体要求，通过分析比较及过去在其它工程上的使用经验，每立方米混凝土2kg，减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。具体外加剂的用量及使用性能，商品混凝土站在浇筑前应报告送达施工单位。

技术措施：

（1）混凝土在搅拌站集中拌制，运输考虑由机动混凝土运输车运到现场，通过滑槽入模，以及混凝土输送泵输送两种方案，我项目部采用混凝土输送泵输送方式进行。

（2）浇筑采用分层浇筑法，每层厚40cm，由一方向向另一方向推进。混凝土振捣采用插入式振动器振捣，作用半径按40cm考虑。准确撑握振捣时间以混凝土振出砂浆时为好，做到既不欠振，又不过振，更不可漏振，振动棒向上提升缓慢，以免振动棒上提过快形成空洞，确保混凝土振捣密实。混凝土浇好后，顶面用木挫板“走”两遍，并用铁板收光。

9、混凝土养护与拆模

（1）浇筑结束后，用一次性塑料薄膜和土工布覆盖，24小时后即开始洒水前养生，洒水应保证混凝土面经常处于湿润状态，养生时间为21天。

（2）对于冷却管要保护，不能断裂、堵塞，水冷却管通水，当水进出口温度基本相同时，停止供水，养生至5—7天。

（3）在围堰和承台之间的空档处用彩条布和土工布覆盖，在冬季施工中起保温作用，防止风进入承台和围堰空档处，加大温差。

（4）通水冷却，通过对埋设于承台内部的冷却管灌水冷却来控制混凝土的内部的最高温度，内表温差，降温速率。冷却水管采用壁厚3.0mm，直径为40mm的铁皮波纹管，冷却水为河水，冷却管埋设按照冷却水由热中心区流向边缘区的原则，进水口设在靠近混凝土中心，出水设在混凝土边缘区，冷却水管共布置二层，其垂直距离承台底0.75m，距离承台顶0.75m，横向水平间距为不小于1m。最外层水管距离混凝土边缘距离为0.5m。冷却水管使用及其控制要求如下：冷却水管使用前应进行压水试验，防止管道漏水、阻水；混凝土浇筑至各层冷却水管标高后开始通水，通水时间一般为10～15d，具体时间可根据检测结果确定。在出水口处设置调节流量的水阀及测流量的设备，保证冷却水管进水温度与混凝土内部最高温度之差不超过25℃的条件下，尽量采用适宜温水或者循环水作为冷却水。

（5）合理安排拆模时间，由于钢模板的导热性能好，在拆模之前应对其包裹覆盖。为尽量减少内表温差，拆模时间拟选择在气温较高时进行，拆模后立即包裹覆盖，以防止表面温度下降过快。。

10.混凝土温控现场监测

温度监测的内容根据温控设计原则，温度主要监测内容：混凝土内外温度，大气温度、冷却水管进出口水温度。为做到信息化施工，真实反映各层混凝土的温控效果，以便在出现异常情况下及时采取有效措施，在承台混凝土中布设三组温度感应器，测温感应器连接导线绑扎在钢筋上，所有导线在承台顶与混凝土结合部位用塑料软管进行保护，并将导线编号标记。各项测试项目应在混凝土浇筑后立即进行，连续不断。混凝土的温度测试，峰值出现以前每2h监测一次，峰值出现每4h监测一次，持续5d，然后转入每天测两次，直到温度变化基本稳定。测温时发现混凝土内部最高温度与部门温度之差达到25度或温度异常，应及时通知技术部门和项目技术负责人，以便及时采取措施。

11.主要管理措施

1、拌制混凝土的原材料均需进行检验，合格后方可使用。同时要注意各项原材料的温度，以保证混凝土的入模温度与理论计算基本相近。

2、在混凝土搅拌站设专人掺入外加剂，掺量要准确。

3、施工现场对商品混凝土要逐车进行检查，测定混凝土的坍落度和温度，检查混凝土量是否相符。同时严禁混凝土搅拌车在施工现场临时加水。

4、混凝土浇筑应连续进行，间歇时间不得超过3～5h，同时已浇筑的混凝土表面温度在未被新浇筑的混凝土覆盖前不得低于相关规定。

5、试验部门设专人负责测温及保养的管理工作，发现问题应及时向项目技术负责人汇报。

6、浇筑混凝土前应将基槽内的杂物清理干净。

7、加强混凝土试块制作及养护的管理，试块拆模后及时编号并送入标养室进行养护。

结语：大体积混凝土的施工技术要求高，容易开裂，为此要特别重视施工过程中的质量、方案和工序控制。本论文简要介绍其常见的病害，原因与质量控制措施。对大体积混凝土施工，特别是大体积混凝土桥梁墩台施工具有一定的指导意义。

参考文献：

1.梁兴文,王社良,李晓文.混凝土结构设计原理.北京：科学出版社,2005

2.江祖铭，王崇礼.墩台与基础. 北京：人民交通出版,2005