浅析大体积混凝土施工技术
2017-01-03
1 大体积混凝土的特点
日本建筑学会标准（JASS5）把“大体积混凝土”定义为：结构断面最小厚度在80㎝以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25�癈的混凝土。对于浇筑的大体积混凝土，因为其尺寸之大，为了最大限度减少开裂要求，必须采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题。建筑大体积混凝土与一般混凝土的不同之处：其工程规模的大小、结构形式、受荷情况、混凝土特点、配筋构造等方面。建筑工程大体积混凝土多为现浇超静定结构混凝土，具有浇筑量大、结构厚大、工程条件复杂等特点，其设计强度、施工技术和质量要求比一般混凝土要高；单方混凝土水泥用量较大，由于水化热引起的混凝土内部温度也较高；由于结构断面内配筋较多，这就对连续性整体浇筑的要求比一般混凝土的要求高些；结构构筑物虽然受外界条件变化影响较小，多属于室内、地下或半地下，但对抗渗性能的要求较高。此外，在混凝土温度及温度应力的计算方法和采取的措施上，两者也有很多差异。除了必须具有足够的刚度、强度、稳定性以外，还应满足结构物的整体性和耐久性要求。因此，建筑工程大体积混凝土施工中的一个关键问题就是如何控制混凝土的温度变形和内外温差而造成的裂缝，从而提高混凝土的抗裂、抗渗和抗侵蚀的性能。
2 大体积混凝土的温度裂缝
目前国内对大体积混凝土的温度控制还没有正式规定，从国内的施工实践来看：混凝土的温差和温升与表面系数有关，双面散热的的结构断面最小厚度控制在100㎝以上，单面散热最小厚度在75㎝以上，混凝土结构只要是由于水化热引起的混凝土最高内外温差预计大于25�癈以上的，即可按照大体积混凝土施工。一般产生裂缝的主要原因有以下几个：
(1)外界气温变化
在施工阶段，外界气温的变化对大体积混凝土施工的影响是显而易见的，当外界温度降低，混凝土的降温幅度就增加了，特别是当气温降得急且幅度大时，会使内部混凝土和外层混凝土的温度梯度大大增加；外界气温升高，混凝土的浇筑温度也随之升高，这样对大体积混凝土的施工是极为不利的。浇注温度和结构物的散热降温、水化热的绝热温度等各种温度的叠加就是混凝土内部的温度。由于温差引起的温度变形造成了温度应力，温差愈小，温度应力也愈小；反之，则越大。
(2)水泥水化热
水泥水化过程中一定要放热。在建筑工程中由于水泥水化热引起的温度升高一般为20～30�癈。而大体积混凝土结构物水泥放出的热量由于断面较厚都聚集在结构物内部，不易散发。水泥水化热引起绝热温升，并随混凝土的龄期呈指数增长，接近于最终绝热温升的时间为10～12天。但最高温度一般发生在混凝土浇筑后的最初3～5天。由于浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都很低，导热性能又差，对水化热引起的急剧温升约束小，相应的温度应力也不大。
(3)混凝土的收缩
目前对于补偿收缩混凝土的研究和发展渐渐认识到，要改善某些混凝土的抗裂性能，就要利用和控制混凝土的自身的体积膨胀。但在混凝土中需要蒸发掉80％的游离水分。引起了混凝土体积的收缩是由于多余水分的蒸发，约束条件不影响这种收缩变形。如果有约束，就会引起混凝土的开裂，并伴随着龄期的增长而发展。内部孔隙水蒸发的变化引起的毛细管引力可能是混凝土的收缩最大的原因。如果将收缩后的混凝土，将其再处于水饱和状态下，则可恢复膨胀并和原有的体积相差不大。所以说很大程度上收缩是可发生可逆现象的。
3 大体积混凝土的施工技术
大体积混凝土的施工技术包括：土方开挖、钢筋加工与安装、混凝土的拌制与输送、混凝上的浇筑与捣固、混凝土表面处理与养护、模板支拆、施工机械的选型与布置、劳动力的投入以及进度的控制等。
3.1 拌制与输送
大体积混凝土结构厚大、浇筑量大，一般浇筑体积可达几千立方米至上万立方米， 因此在拌制时应尽可能的进行集中拌制，采用商品混凝土更好。为了降低水化热，配制混凝土时宜掺加适量的减水剂和沸石粉或粉煤灰，既改善了混凝土的和易性又减少了水泥的用量。当采用泵送混凝土时，可掺加泵送剂，但还是采用矿渣水泥来配制混凝土为宜，因为其发热量较低。
3.2 浇筑与捣固
根据现场的具体情况和温度应力计算，首先确定是整浇还是分段浇筑。然后根据施工方案计算来确定混凝土运输工具、浇筑设备、劳动力数量和捣实机械等。混凝土从卸出到浇筑完毕的延续时间应该小于规范规定的值。混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间应该小于规范规定值，当必须超过时则应留置施工缝。混凝上浇筑层的厚度应小于等于振捣棒作用部分长度的1.25倍。浇筑混凝土应连续进行，当必须进行间歇时，宜尽量缩短其间歇时间，并应将次层混凝土在前层混凝土凝结之前浇筑完毕。应合理分段分层进行混凝土的浇筑，使混凝土沿高度均匀上升，浇筑宜在室外气温较低时进行，混凝土浇筑温度应该低于28℃。
3.3 表面处理与养护
在大体积混凝土分段浇筑完毕后混凝土初凝之后终凝之前，应排除上表面的泌水，进行表面的抹压或二次振捣，消除最先出现的表面裂缝的方法是用木拍反复抹压密实。应该定期测定混凝土内部和表面温度，将温差控制在设计要求的范围以内，当设计没有具体要求时， 混凝土内部和表面的温差应小于25℃。冬期施工条件下，应在混凝土表面冷却到小于5℃时才能将模板和保温层拆除。在其他时期施工条件下，拆除时的温度应混凝土表面与外界温差小于l5℃。潮湿环境中的混凝土在养护时间，对于有抗渗要求或掺用缓凝型外加剂的混凝土的养护时间不能少于l4d，对采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土养护时间不能少于7d。
3.4 后浇带的设置
影响温度应力的因素之一是结构长度，许多工程的伸缩缝经常带来了渗漏，对裂缝渗漏的治理的难度对伸缩缝的难度要小。可以采取设置后浇带的方法来取消伸缩缝。其原理是把总温差分为两部分。在第一部分温差经历时间内，把结构分成若干长度尽量小一些的段，这些段与施工缝结合起来，能够有效地使温度收缩应力减小。在施工后期，把这许多段浇成整体继续承受第二部分温差和收缩应力。将两部分的温差和收缩应力叠加应不大于混凝上设计抗拉强度，这种控制裂缝的方法能够达到不设置永久伸缩缝目的。
4 施工中应注意的几个问题
(1)泌水和浮浆问题
大体积混凝土施工一般都采取的是分层浇筑，一般上下层施工的间隔时间为1.5～3h，因此各浇筑层易产生泌水层。可以利用人为的“水潭”或正式设计的集水坑，将多余水分集中后用专门的隔膜泵或软轴泵抽水排出，或使多余的水分从结构四周侧模的底部开设的排水孔中自然排走。对于竖向和墙体等结构，解决的办法是调整坍落度和配合比。
(2)留置与处理后浇缝问题
在大体积混凝土施工中合理的分缝分块，一方面可以缩小约束范围，减轻约束作用；另一方面也可利用浇筑块的层面进行散热，使混凝土的内部温度降低。另外，能够满足预埋螺栓、绑扎钢筋等工序的操作需要。但接缝的处理必须满足防渗的要求。
(3)模板工程
对于大体积混凝土的模板，模板承受着振捣混凝土的振动力和混凝土的侧压力，为了防止模板产生过大的变形，这就要求模板的支撑体系的可靠性要较好，不能完全套用一般常规方法进行配置，而应根据实际受力情况，对模板、拉杆、立柱以及支撑系统的所有构件，都要进行设计计算配置，使其具有足够的安全储备。
参考文献：
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