大体积混凝土结构的施工技术研究

大体积混凝土结构的施工技术研究

万京鹏 肖柱三

中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000

摘要：大体积混凝土广泛应用在土木建筑工程施工中，强化施工质量控制，对混凝土常见施工问题进行描述，具有重要意义。本文首先简述了大体积混凝土施工技术，其次分析目前导致大体积结构混凝土施工裂缝的原因，最后重点研究了大体积混凝土结构施工技术，以期预防裂缝和质量不足问题，确保建筑工程稳定性。

关键词：大体积混凝土；结构施工；技术研究

引言：我国经济社会发展，建筑行业繁荣，土木工程建筑中出现大体积混凝土结构，应加强对混凝土施工技术研究，应用高质量的减水剂和掺合料，促使混凝土质量获得提升。实践表明，减少混凝土中的水灰比，可预防裂缝问题发生，并且提高混凝土使用寿命，提高建筑结构耐久性。大体积混凝土结构施工中，应关注施工技术应用。

1大体积混凝土

参考我国《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018，将混凝土结构物最小几何尺寸超过1m的大体量混凝土称之为大体积混凝土。大体积混凝土，具有结构体积大，表面系数小、水化热相对集中的特点。根据美国混凝土协会（ACI）规定，大体积混凝土在施工和实际应用中，需要解决水化热引起的体积变形问题，以期实现对结构裂缝问题的有效控制。

根据《混凝土结构施工及验收规范》，在大体积混凝土的施工过程中，除水泥材料外，也需要使用骨料和部分添加剂，具体配合标准，需要根据项目实际情况和施工合同要求做出选择。例如，对粉煤灰掺量的规定，要求总体添加量不得超过水泥用量的40%，与其他掺料混合添加时，要求总量不超过水泥用量的50%。在高层土木建筑中，对大体积混凝土的定义为混凝土最小构件部分超过80公分，同时也充分考虑水化导热现象，对内部与外部的温差值也作出具体规定，要求温差标准＞25℃。

2大体积混凝土施工问题

2.1材料选择

分析大体积结构混凝土材料，部分原材料使用达不到设计标准，为建筑结构整体稳定性留下隐患。考虑到大体积混凝土对水泥含量要求较大，在材料的配比中，倘若控制不当会出现混凝土水热化问题，浇筑混凝土施工受到外界环境影响较大，因此，在大体积混凝土施工中，应关注材料选择，注重选择合适的水灰比，并且对添加料质量作出严格要求^[1]。

2.2受力问题

混凝土是建筑结构中的承重部件，为脆性材料，其抗压性是抗拉性的10倍以上。实践应用中，当大体积混凝土的约束力超过内部抗拉伸强度时，会出现内部结构不均衡问题。浇筑过程中，造成受力不均衡的主要原因是外界因素干扰，热胀冷缩作用下，混凝土表面温度容易挥发，但是，其内部温度变化幅度不大，由此产生较大内应力。浇筑施工完成后，混凝土表面温度下降较快，产生拉应力。

2.3混凝土裂缝

大体积混凝土裂缝是水化热作用下体积变形后带来的直接后果，对建筑施工的安全性与可靠性带来不利影响。按照裂缝不同深度分类，可将其分为贯穿裂缝、深层裂缝和表面裂缝三种。但是，在具体应用中，考虑到混凝土性质，出现裂缝后并不绝对影响结构安全，一般条件下，室内用大体积混凝土构件最大裂缝宽度≤0.3mm，室外条件下这一数值控制在0.2mm，针对大体积混凝土施工出现的裂缝问题，相关人员应提高重视力度，科学分析裂缝形成的具体原因。

3大体积混凝土结构裂缝产生原因

3.1外界环境条件

大体积混凝土在施工中，浇筑温度与施工现场温度密切相关，浇筑施工中，混凝土温度随着外界温度变化发生改变，尤其是当气温发生骤变时，则增加内外层混凝土温度差，对大体积混凝土施工质量控制造成一定影响。温度的变化会产生热胀冷缩，形成温度应力。实践中，温差越大则温度应力越大。同时，考虑高温条件下，混凝土自身散热性能降低，内部最高温度可达到60~65℃。

3.2水泥的水化热

上文提到，水泥在水化作用会释放热量，然而大体积混凝土结构断面较厚，并且具有表面系数较低特点，会使得水泥热量聚集在结构内部，不易发生流失。这一现象造成的直接后果是混凝土内部热量增加，造成内外温差进一步增加。根据施工经验，单位时间内，水泥释放的水化热与水泥用量和水泥品种有关，并且随着混凝土龄期的增加，内部温度变大。一般情况下，当水泥浇筑施工完成3~5天后，由于水化热造成的温度值达到最大。

3.3混凝土的收缩

混凝土收缩需要一定水量支持，通常情况下会需要20%的水分，为水泥硬化提供必要条件。因此，在浇筑施工中，大体积混凝土80%的水分蒸发，混凝土发生收缩。此外，大体积混凝土中添加了较多的矿渣与添加剂，也在一定程度加剧收缩。混凝土自身收缩量也需要考虑水灰比、骨料等因素，综合分析以上因素，在大体积混凝土施工技术应用中，需要分析混凝土裂缝和自缩原因，在此基础上，有效提升混凝土施工质量。

4大体积混凝土结构施工技术

4.1控制温度变化

大体积混凝土结构施工中，需要加强对温度值的有效控制，根据我国《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018规定，浇筑施工中，应采用降温法与保温法相结合，在混凝土结构浇筑成形后，使用循环冷却水技术，进行降温控制，达到对内部温度的有效控制。在温度控制中，也使用了保温材料，通过碘钨灯和定时喷浇热水的方式，实现对混凝土表面及四周散热面温度的有效控制。保温技术的应用原理是利用水泥水化热温度升高，通过人为控制热量蒸发量和速度，达到对混凝土质量强化目标

^[2]。

土木工程中，大体积混凝土浇筑温度随着气温的变化而发生改变，二者具有正比例关系。因此，在大体积混凝土施工质量控制流程中，也对浇筑环境进行严格限制，尤其是温度因素。实际施工过程中，相关人员应避免在高温环境下施工，并且根据施工合同和现场实际情况，选择合适的降温措施，达到对温度的合理控制。大体积混凝土施工技术应用中，主要是对浇筑温度进行明确，使用保温和降温技术，控制浇筑温度，达到预期施工质量。现场施工中，应控制水泥用量，选择合适的水泥品种，充分考虑水化热反应产生的温度变化。

4.2优化材料配比

优化混凝土制作材料配合比，选择高质量的材料，是控制大体积混凝土结构质量的关键因素，相关人员应对此提高重视力度，确保土木建筑质量达标。对材料配合比进行优化，应严格遵守《混凝土配合比设计规程》和《混凝土质量控制标准》，考虑混凝土试验室配合比。假设试验设计阶段，混凝土中水泥、水、砂子、石子的配合比为1：x：y：z，现场砂子含水率m、石子含水率设为n。那么现场施工中实际配合比则需要调整为1：(x-y*m-z*n)：y*（1+m）：z*（1+n）。

在大体积混凝土设计中，也需要明确设计要求，对设计强度、耐久性、经济性与环保性提出要求，使得混凝土施工技术应用更加规范合理。为达到这些标准需要对大体积混凝土施工中的拌合物进行合理控制，对三相占比情况进行优化，固相部分应占总体积的73%~84%；液相部分应占比15%~22%；气相部分占比应在1%~ 5%之间。施工过程中，应根据实际情况对不同拌合物的占比情况进行优化，同时，对拌合料的质量和数量进行控制。

水泥应选择C3A含量低、C2S含量相对较高的水泥，并且关注水泥质量变化，使得混凝土抗裂性能得到强化。材料配比应符合以下要求，混凝土拌合物在浇筑中，工作面的坍落度不得超过160mm，拌合水使用量则不超过170kg/m。石块的使用中，应确保表面无裂纹、无水锈，并且抗冻性能符合设计标准，抗压强度等级不得超过设计强度等级的1.5倍，并且水胶比不超过0.55。石块排列应均匀，净距离≥150mm，混凝土结构侧面与顶面的净距离≥250mm^[3]。

大体积混凝土在浇筑中，适合使用连续级配粗骨料，采用非泵送施工技术时，可适度增加粗骨料粒径。细骨料则使用中砂，细度模数应超过2.3.外加剂为缓凝剂和减水剂，掺合料为粉煤灰和矿渣粉等。施工中，在混凝土强度和坍落度可控制的条件下，应提高骨料和掺合料比例，以此降低单位混凝土的水泥含量，实现对质量的有效控制。施工技术应用中，应重点分析水泥含量和标准，适宜选择水化热较低，凝结时间长的水泥。具体施工中，根据经济和环保要求，使用了中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥，使得混凝土浇筑稳定可靠。

4.3浇筑施工养护

大体积混凝土应采取分层连续施工方案，并且确保分段与分层施工均匀合理，提升浇筑质量。在分层施工中，相关人员应充分考虑混凝土横截面面积，当实际面积在200m2以内，则分两段施工；当横截面面积在300m2，则分三段施工。为强化施工技术应用，确保混凝土均匀可靠，技术人员也需要对大体积混凝土进行二次模压处理，并且在施工过程中，应对受力钢筋、定位钢筋和预埋件位置变化进行规范，防止出现变形，影响混凝土施工质量。

大体积混凝土浇筑中，应严格根据施工作业规范和相关要求，对混凝土进行必要的养护管理，严格控制温度条件。一般情况下，保湿养护时间应超过28天，保温覆盖层应分层逐步开展，并且对表层温度与环境最大温差控制。施工过程中，当最大温差＜20℃时，可全部拆除^[4]。

养护管理技术应用，是提升混凝土结构稳定性的关键，施工技术人员应对此提高重视力度，施工完成后，应检查混凝土的塑料薄膜和养护剂涂抹层，确保混凝土表面湿润，防止出现过度蒸发，影响内部结构稳定性。施工中，考虑到大体积混凝土特点，应适当延长混凝土拆模时间，将混凝土模板作为保温养护技术应用的重要组成部分，达到质量控制目标。

同时，在大体积混凝土结构施工中，应考虑季节与天气原因。冬季施工中，需要使用热水搅拌，提高混凝土材料入模温度，一般情况下温度值应超过5℃，浇筑完成后，需要及时采用保温保湿养护方案，防止出现质量问题。大风天气时，应在混凝土施工面进行挡风措施应用，以此降低风速和风量，并且增加对表面的抹压次数，及时覆盖塑料薄膜和保温材料，确保混凝土表面湿润,预防水分过度蒸发。

结论：综上所述，在大体积混凝土施工中，相关人员应强化技术应用，对施工中主要问题进行明确，分析造成混凝土裂缝原因，并且制定针对性措施进行预防，有效提升大体积混凝土结构整体稳定性与安全性，确保混凝土设计与施工符合技术标准。同时，应加强浇筑施工养护技术应用，控制混凝土内外温度差值，改善应力变化情况，以期提升大体积混凝土结构施工质量。

参考文献：

[1]王铁力,吕大为,王阳,等.水工建筑设计中大体积混凝土结构温度裂缝防治措施研究[J].内蒙古水利,2019,200(04):12-13.

[2]马韬.大体积混凝土结构施工技术在土木工程建筑中的应用探析[J].百科论坛电子杂志,2019,000(020):595.

[3]于天佑,吴亚平,杨青山,等.大体积腔体混凝土结构温度及裂缝分析与控制[J].铁道科学与工程学报,2020,017(003):690-698.

[4]周笋,李国胜,王雪生,等.超长大体积混凝土跳仓法工程设计中的关键问题[J].建筑结构,2019,v.49;No.510(18):125-130+135.