大体积混凝土施工技术的应用

大体积混凝土施工技术的应用

张松

320625197712085919，江苏省南京市，210000

摘要：大体积混凝土结构在施工和使用过程中受物理、化学和力学等因素作用，会出现各种变形，进而产生裂缝，影响观感及质量，严重时会影响混凝土的耐久性。本文介绍了大体积混凝土的特质，结合施工实践中一些常规问题提出对应性的措施及实施要点，以利更好地发挥大体积混凝土结构的技术优势，促进施工质量的整体提升。

关键词:土木工程，大体积混凝土结构，施工技术

0引言

伴随着建筑行业的不断发展，工程的种类与规模都在不断增长，大体积混凝土技术的应用也日益增加。大体积混凝土具有结构厚实、体积大、自重大的特点，能够满足高层建筑、大型构筑物的建设需求，但在实际应用中由于体积过大，其混凝土水化热情况也比较严重，容易造成施工中的裂缝等问题。为了保证大体积混凝土工程的建设质量，在实际施工时需要关注大体积混凝土的特点，围绕其原材料选择、配合比设计、浇筑过程的管控、养护管理等进行研究，把握施工关键点，根据工程的实际需求，科学调整施工技术，让大体积混凝土施工技术更加稳定可靠。

1.大体积混凝土的特质、工程中的沿用

大体积混凝土是一种广泛应用于大型工程中的特殊混凝土，其最小断面的任何一个方向的尺寸最小为1m。以下是关于大体积混凝土的特质和工程中的应用的详细分析：

1.1特质

（1）高设计强度和持久性：大体积混凝土通常用于大型工程中，因此其设计强度和持久性要求非常高，以确保结构的安全和稳定。（2）较小的混凝土收缩：由于大体积混凝土中骨料粒径较大，水泥用量相对较小，因此在生产过程中的收缩会相对较小。（3）较高的抗开裂性能：大体积混凝土使用较大尺寸的骨料，这有助于增强其抗开裂性能。（4）较好的经济性：大体积混凝土的成本相对较低，可以提供更高的生产效率，同时减少混凝土的占地面积。

1.2工程中的应用

大体积混凝土广泛应用于桥梁、隧道、堤坝、高层建筑基础、大型设备基础、水利大坝等大型工程中。在这些工程中，大体积混凝土可以满足强度、耐久性和变形性能等要求。需要注意的是，大体积混凝土在施工过程中需要特别注意温度控制，以防止混凝土内外温差过大导致温度裂缝的产生。美国混凝土学会（ACI）规定，对于任何就地浇筑的大体积混凝土，必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂。总的来说，大体积混凝土以其独特的特质和广泛的应用领域，在大型工程中发挥着重要的作用。同时，对于大体积混凝土的施工和质量控制也需要特别关注，以确保工程的安全和稳定。

2大体积混凝土施工问题

2.1水化热的问题

处理大体积混凝土时，首要面对的挑战是水化热问题。由于其显著的大型尺寸与快速的温度上升特性，加上相比常规混凝土构建更显着的厚度，以及较低的表面积与体积比，内部因水化反应产生的热量很难迅速散出。这一状况导致内部与外部的温度差异显著，内层远比外层炽热，由此引发的温度非均匀分布成为了诱发混凝土结构裂缝的关键因素，裂缝的形成则直接对混凝土的强度和整体质量构成了威胁。

2.2裂缝问题

除了由水化热引致的裂纹之外，混凝土开裂还可能源自其他几个关键因素：首先是混凝土的自身收缩现象，这发生在水泥固化进程中，若水分流失量超越了材料的自然收缩极限，将促成结构自我压缩并触发裂纹形成；其次是约束应力的作用，它涵盖了外界施加的限制力与混凝土内部因硬化过程中的应变而生的内在约束力之间的相互作用，这种力的抗衡常成为裂纹生成的又一推手；最后，环境温度的波动也不容忽视，特别是当极端气温变化遇上养护措施不当，造成混凝土表层与深层间温差急剧扩大，由此引发的应力不均衡亦会加速裂纹的萌生。

2.3混凝土泌水问题

混凝土发生泌水现象的根本原因，普遍认同的观点聚焦于其浇筑至凝固阶段，因构成成分间的密度差异，导致骨料与水泥浆发生沉降分离，与此同时水分上浮并在表面析出，这一过程被定义为泌水。其中，骨料与水泥浆的不均质分离称为离析，而水分的上浮溢出现象即称为泌水，这一情况尤其容易出现在大规模混凝土分层或分段浇筑的间歇时段。泌水不仅造成混凝土内各组成部分分布不均，还在泌水区域留下孔隙缺陷，直接削弱了混凝土的整体强度，并对其抗渗性、耐久性及抗冻性能产生了不利影响。

3应对措施

3.1水泥品种选定

首要面临的挑战在于缓解混凝土水化热现象，因此，挑选适宜的水泥种类成为首要策略。需基于两大原则：其一，所选水泥的水化热应维持在低水平；其二，尽量减少水泥用量，依赖水泥的中长期强度潜力，以实现水泥使用的最优化。考虑到许多大体积混凝土在如基础筏板等位置常伴有抗渗需求，过去多倾向于使用普通硅酸盐水泥或专用于大坝的水泥，但根据现行GB50496-2018《大体积混凝土施工标准》，推荐使用低水化热的通用硅酸盐水泥，并设定了具体的水化热指标限制，即3天内水化热不超过250 kJ/kg，7天内不超过280 kJ/kg；当采用52.5强度级别的水泥时，7天内水化热不宜超过300 kJ/kg。

3.2优选原材料，优化配合比、外加剂

在集料选择上，粗集料优选经过清洗、品质优良且粒径连续分布的碎石；细集料则需具备合理的级配、均匀的质地与适度的细度，同样要求经过水洗的中粗砂。通过应用高效缓释减水剂，目标在于减少用水量，延缓初期水化过程，有效控制反应速率，防止热峰集中，减少水化热压力。此外，融入复合纤维能增强钢筋与混凝土间的粘结力，提升混凝土的抗裂性；优质粉煤灰的加入不仅作为物理填充物，有效抑制泌水问题，还助力延缓水化热峰值的形成。膨胀剂的运用，则基于混凝土收缩补偿原理，有效对抗混凝土收缩，增强其抗裂能力，并确保混凝土形态的精确度。

3.3严控温度

温度管理涉及调控混凝土的浇筑初始温度及其内部最高温、表里温差，需要通过人为手段进行干预。依据GB50496-2018《大体积混凝土施工标准》，混凝土浇注时的初始温度不宜超过50℃；混凝土体内部与表面的温差应控制在25℃以内；降温速度不得快于每天2℃；撤除保温覆盖时，浇筑体表面与外界的温差不可大于20℃。施工全程必须严格遵守上述规范和特定施工方案，借助热工计算指导实践，必要时采取人工调节措施。常用的调节方法包括：1）在搅拌用水中混入小冰块来降低混凝土初始浇注温度；2）覆盖保温保湿材料；3）搭建暖棚保温；4）在混凝土内部布置冷却水管等。

3.4浇筑措施

在施工策略上，通常采取分层浇筑法，旨在通过浇筑层面散热，减少裂缝风险。具体而言，当浇筑面积较小，采取全面分层浇筑；面积适中时，采用分段分层法；若面积较大，则采取斜面分层推进法。浇筑与振捣作业应紧密衔接，确保上层混凝土在下层初凝前完成浇筑，同时监控坍落度，保持在180mm以内，以确保混凝土的流动性和浇筑质量。

3.5养护措施

混凝土的养护核心在于维持理想的温湿度条件，限制内外温差，促进强度稳步增长，防止裂缝。养护措施主要包括：1）常见的保温保湿覆盖；2）持续喷淋保湿；3）喷雾增加湿度；4）暖棚保温；5）电热保温；6）蒸汽保温保湿等多种方式，每种方法各有适用场景，旨在为混凝土创造最佳的硬化环境。

4.实例分析

4.1工程概况

某项目为写字楼工程，分为地上和地下两个部分，建筑总高101.6m，占地面积13.3万㎡。根据项目资料分析，项目规模整体相对较大，对大体积混凝土施工技术提出了更高要求，大体积混凝土在施工过程存在内外部的较大温差，随着温度的变化便会产生裂缝，所以如何做好温度管控，将直接关系着裂缝的管控效果。

4.2施工方案设计

4.2.1原材料的选择

大体积混凝土由多种材料共同构成，为了保证筏板基础混凝土的施工效果，必须对材料质量进行严格把控：第一，该项目采用普通硅酸盐水泥，强度等级为p.042.5；第二，施工过程需要严格控制粗骨料的粒径，保持在5~31.5mm之间，同时严格控制含泥量，保持在0.8%以内；第三，细骨料可以直接采用优质中砂，2.4细度模数，含泥量低于0.4%；第四，掺料的选择必须根据工程需求进行科学界定，该项目的掺料主要分为两种，分别是Ⅱ级粉煤灰和S95级的粒化高炉矿渣粉；第五，外加剂会对混凝土性能产生影响，该项目采用减水剂和抗裂剂两种外加剂；第六，施工过程使用能够直接饮用的自来水。

4.2.2混凝土配合比试配优化

混凝土由多种材料共同构成，为保证工程建设效果，必须按照质量标准做好前期的材料准备工作，同时进行反复试验确定材料的配合比例，使其更加符合筏板技术大体积混凝土的施工需求，具体可见表1。

表1 混凝土各物料的配合比（kg/m3）

工作人员需按照表1资料做好材料的准备工作，同时完成混凝土试件的制备，通过试验检查确定事件的抗压强度，7d和20d后的试件抗压强度分别是32.6MPa、48.8MPa，符合设计的整体要求。

4.3大体积混凝土的无缝施工

4.3.1混凝土的运输

混凝土的运输将直接影响现场工作，工程实施前需要敲定具体的供应方案，首先需要确定主供应站，根据现场工程将及选择在距离工地10km左右的两家搅拌站，同时确定了两家备用搅拌站，与工地的距离保持在20km左右。同时根据现场施工条件勘查，配置了汽车泵、运输车等设备设施，完成混凝土的制备后，能够根据工程需求将其运输到现场，保障了混凝土使用的连续性，施工现场应由专人负责指挥，做好交通疏导工作，同时严格控制混凝土的运送时间，不能超过1.5h，如果运输时间过长，很容易产生离析或是泌水现象，严重影响工程质量。

4.3.2混凝土的浇筑

混凝土的浇筑必须严格执行浇筑方案，从中间向两侧逐步连续推进，为了满足工程现场需求，共配置了4台汽车泵，在此过程需要控制浇筑的厚度，不得超过0.5米，同时准备振捣棒进行振捣，时间保持在30~40秒，在此过程需要控制插棒间距，不得超过0.5米。第一层混凝土完成振捣后，需要在初凝前进行第二层混凝土浇筑，保持混凝土的密实度，实现上下层的密实结合，中年前需要完成二次抹压，闭合表面的缝隙，避免产生裂缝。

4.3.3混凝土的养护

混凝土浇筑完成后需要立即进入养护程序，该工序的执行效果对整体质量影响深刻。所以在初凝前，工作人员需要准备土工布，将其覆盖在上部，同时进行洒水处理，确保混凝土初期温度和湿度，在具体操作时，需要按照以下工序执行：混凝土浇筑完成，需要将保温膜覆盖其上，如果存在保温膜相接的情况，必须做好重合宽度的控制，不得低于30mm。除了保温作用之外，保温膜还能够避免水分的快速蒸发，有效遏制收缩开裂的现象。工作人员准备土工布之后，可将其覆盖在保温膜上，同时准备重物，将其压在四周，土工布相接的情况下，融合宽度不得低于30mm。养护时间不少于14d，根据具体情况，尽可能延长养护时间。

4.4筏板基础混凝土温度和应力控制

水化热是大体积混凝土的典型特性，在此作用下会出现大量热量，混凝土表面的热量散发较快，但是在混凝土内部，却很难散发热量，这种情况下内部温度上升，外部温度下降，两者之间形成巨大的温差。如果温差过大，便容易产生开裂现象。所以在大体积混凝土施工中，必须严格控制内外部温差，科学的管控方法才能够有效规避温差裂缝。

4.4.1混凝土温度的监测与控制

4.4.1.1测温点布置

为了监测混凝土温度，该项目根据工程需求在现场设置12个测温孔，工作人员可在此基础上了解温度的具体变化。测光孔设置时，自上而下设置了三个测温点，由此可知，该项目测温点共有36个。

4.4.1.2混凝土温度监测数据

养护工作十分复杂，必须设置专人进行温度值的记录，记录时间分别是1h、10h、20h，随后按照20h的间隔进行记录，直到120h为止，该项目中的测温孔温度值可见表2。

表2 大体积混凝土测温记录表

根据上述温度数值的变化，可以发现不同测温点的温度存在一定差异，但是在养护时间的变化下，不同测温点的温度数据值形成的趋势，曲线整体保持一致。通过对1~20h内的测温结果分析，随着时间的增加，测温库温度逐步增加，养护进入20h后，温度达到了最大值，随后逐步下降。而且在同一个测温控上，不同点的温度也并不相同，上层变化最大，下层变化最小。

4.4.1.3温度监测结果分析

通过数据资料的对比分析，大体积混凝土中上层下降速度快，下沉下降速度慢，原因是混凝土表面具有更好的散热效果，能够高效的散发水化热。产生的热量，所以温度下降，效果显著。对于中层混凝土而言，受到上层混凝土的主导，难以散热，热能汇聚，便会产生温度上升的现象，温度下降幅度缓慢。下层同样面临与中层相同的问题，而且根据测温孔的温度变化分析，四周的散热效果明显高于中央。

4.4.2混凝土温度应变的监测与控制

4.4.2.1应变传感器的选型与安装

温度的变化会产生温度应力，很有可能造成混凝土开裂，无缝施工技术运用时必须实时检测温度变化，温度较大便需要采取有效措施。该项目采用了YL-4200振弦式应变传感器进行现场测温，其构成如图1。

图1 YL-4200型振弦式应变传感器结构示意图

浇筑工作前需要做好应变传感器的安装工作，位置与测温点保持一致，浇筑完成后12h，便可进行数据采集。

4.4.2.2混凝土温度应变监测数据

不同测温点的温度应变值存在一定差异，但在“应变-龄期”曲线表现出基本相同的变化，为了更好的了解测点的温度应变，表3对其进行了展示。

表3 5#测点各层温度应变监测值（με）

4.4.2.3应变监测结果分析

根据表3资料的对比分析，5#测温点上层混凝土随龄期加长后，应变值呈现出下降趋势，而且两者为线性关系。中层和下层初期应变值逐步加大，峰值体现在第10h，分别是33.4με和42.6με，随后开始进入下降状态。养护时间达到120h后，应变值分别是-116.1με和-103.2με。由此可知，上层温度显著下降，是造成上层和中层温差的主要原因，而中层和下层的温差值却相对较小，由此可了解中层温度应变更大。

5结语

综上所述，在大体积混凝土施工过程中，工程施工单位需要对大体积混凝土施工中的控制要点进行把控，尤其是针对混凝土材料的选择、配合比的优化、混浇筑施工以及后续的养护等多方面工作来加以开展，全面提高大体积混凝土的施工质量和效率，对实现良好经济效益和社会效益打下良好基础。

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