大体积混凝土的施工技术

一、大体积混凝土的施工技术李潘武大体积混凝土是指结构断面最小尺寸大于800mm，同时水化热产生的内部最高温度与大气的温差超过250C以上的混凝土。1、大体积混凝土的特点大体积混凝土在现代工程建设中占有重要地位，它不仅用于水利水电工程，也大量被使用在建筑等工程中。由于它具有下列特点，所以，大体积混凝土的施工与管理显得特别重要。1）、由于混凝土是脆性材料，所以其抗拉强度只有抗压强度的1/10左右。同时，其拉伸变形能力也很小。另由于大体积混凝土结构断面大、水泥用量也就大，在混凝土浇筑以后，由于水泥在熟化时释放出大量的水化热，导致混凝土内部温度急剧上升。同时，由于大体积混凝土内部的散热条件有限，所以，其水化热基本上积蓄在混凝土的内部，从而使水化热产生的内部最高温度与室外温度之差常常在25oC以上。此时，在升温阶段，必将引起混凝土体积的变化即温度变形，另由于混凝土的弹性模量很小，徐变较大，且伴随有较大的温度变形，但升温引起的压应力并不大；而在日后温度逐渐降低时，弹性模量比较大，徐变较小，在一定的约束条件下会使混凝土不能自由伸缩，这时将产生相当大的拉应力（如在大体积混凝土底部的桩基础及地基土等的约束下，在底部混凝土开始收缩时，将产生很大的拉应力），当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土将出现开裂，从而造成混凝土的抗拉强度降低和混凝土的渗漏问题。2）、建筑用大体积混凝土主要用于基础工程，混凝土的标号一般较高。同时，施工往往在建筑基坑内，所以施工期间混凝土内部的散热较慢；另外，由于基础内部的配筋量不仅大，而且复杂，钢筋的直径也较大，而其变形模量与混凝土相差又较大。所以，在混凝土收缩时极易引起钢筋表面的辐射性裂缝。3）、由于混凝土是由骨料、水泥石、气体、水份等所组成的非均质材料，在温度、湿度的变化条件下，混凝土逐步硬化，同时产生体积变形。这种变形是不均匀的：水泥石收缩较大，骨料收缩较小；水泥石热膨胀系数大，骨料较小。它们之间的变形不是自由的，从而产生了相互之间的约束应力，这种约束应力可引起粘着微裂和水泥石微裂。4）、在大体积混凝土的结构设计中，由于结构构件的断面尺寸和受力有差异，从而引起了构件的刚度差异、配筋量差异及内部的温度应力的差异，使大体积混凝土经常在差异处出现断裂。5）、在水泥水化热产生的温度应力（包括热量倒灌产生的温度应力）长时间作用及和上部结构荷载产生的应力共同作用下，可能引起的拉应力过大，从而产生开裂。2、国内外关于大体积混凝土施工的研究现状目前，国内外关于大体积混凝土施工的研究主要体现在以下两个方面：1）早期为了防止大体积混凝土构件过长，致使构件底部（对放置于地基土上的构件而言）或者是构件的部分断面（受竖向构件约束的大体积混凝土梁板）在收缩过程中产生过大的约束应力，及当这种应力超过混凝土的在此龄期时的抗拉强度时，混凝土将产生裂缝，而特意将一个构件用伸缩缝分成若干段。伸缩缝间距研究也就成为大体积混凝土结构的主要研究对象。又为了防止大体积混凝土在施工过程中，由于过快的混凝土灌注速度而造成大量的热量堆积，采用分层间歇浇灌散热的方法使混凝土的内部温度与表面温度差值小于产生裂缝的温差。同时，还有以减少混凝土内部约束等为主要研究内容的施工技术的研究，如施工期采用将结构用后浇带分隔施工的方法等。以上所述内容所解决的主要问题是简单大体积混凝土结构的施工技术问题。而对于复杂的大体积混凝土结构，比如结构不许留伸缩缝及后浇带，或多台大型设备同时施工、却又无法进行分层间歇浇灌时，上述方法就无法保证施工。此时，由于混凝土内部堆积的热量不能及时消散，致使混凝土内部温度过高，从而有可能引起混凝土的开裂。2）为了解决前面研究理论不能解决的主要问题，在大体积混凝土的设计及施工的后期研究过程中，主要表现在混凝土组成材料的物理、化学性能（如水泥水化热的释放速度和水化热的热容量大小，砂、石粒径及组成成分，矿物质的温度对混凝土内部温度的影响，各种外加剂的性能等）和混凝土的配比，保温、养护及绝热、降温等方法的研究。3.大体积混凝土结构由于施工造成开裂的主要原因1）在大体积混凝土的施工过程当中，由于混凝土的标号高，水泥用量大，所以，在混凝土的熟化过程中，水泥放出大量的水化热，使混凝土的内部温度升高。在混凝土的初期升温阶段，混凝土的上表面开始产生拉应力，下部由于受到地基的约束而承受压应力。其后，下部及中下部由于降温而出现拉应力，并且中下部降温度梯度较上表面大，故上部表面反而出现压应力，最终在结构的中下部和下部有可能出现拉应力。当拉应力大于混凝土在此龄期时的抗拉强度时，就存在由里向外开裂的可能，且里边的宽度大于外表面的宽度。2）当大体积混凝土结构在长度方向有断面的突变和刚度的变化时，由于变化断面的两边在混凝土收缩时产生的收缩应力有差异，在差异处有可能产生过大的收缩变形，使混凝土的开裂。3）当大体积混凝土结构收缩时，由于地基对混凝土底面的约束，使混凝土不能自由收缩，此时，在混凝土的底部将产生由约束引起的拉应力，这将导致混凝土从底部开始向上表面逐渐开裂的过程发生。4）由于在大体积混凝土结构的设计中，钢筋主要按照结构的所承受的荷载来设置，没有考虑混凝土的温度应力对抗裂的影响，所以钢筋的位置和数量都可能不尽合理。同时，由于所增加的构造钢筋不能有效地提高混凝土的抗拉强度，所以，也就不能起到抗约束作用，致使混凝土在收缩时产生裂缝。5）由于混凝土的表面与大气及地基土的接触温差过大，极易产生混凝土的表面收缩开裂。6）材料的性能对混凝土的开裂也有很大的影响。受潮水泥、温度过高的水泥会导致混凝土的非正常凝结；水泥中的CaO、MgO、碱含量过高引起的水泥非正常膨胀；骨料含泥量过大或骨料级配不良引起的受力不均；使用硬活性骨料或风化岩石引起的受力不均等。7）配合比不当引起的开裂。水泥用量过大、用水量大、水灰比大、砂率大等引起的温度过高或不均引起的开裂。8）外加剂掺加不当或不匹配引起的开裂。9）混凝土的热量倒灌或冷量倒灌导致温度不均引起的开裂。10）热量堆积、接差处理不当、钢筋保护层不足、模板支撑不牢固、过早拆模、保温措施不力、养护水不足、冻害、表面压光不及时、内部与表面及表面与大气的温差过大等引起的开裂。11）与结构设计和受力有关的开裂。超过荷载设计范围、设计未考虑到的荷载作用（如大气的温度急骤变化等）、钢筋的配置不当等。4.大体积混凝土结构防止开裂的措施1)混凝土的原材料、搅拌和运输(1)原材料的要求：设保温棚及采用井水，防止砂、石、水泥及水的温度升高，其中最有效的方法是防止石子温度升高。因为根据资料统计，石子温度每降低10C，混凝土拌和温度约可降低0.60C左右，而降低砂子和水温度10C，混凝土拌和温度分别约可降低0.20C及0.130C左右。而水泥降温对混凝土拌合的温度降低不明显，尽量采用中低热水泥，限制水泥用量。采用中砂、粗骨料，如用5～40mm的石子代替5～20mm的石子。（2）搅拌要求混凝土的出机温度一般不大于25oC。(3)运输途中防止太阳对混凝土的暴晒(或冷量倒灌)的措施a.减少混凝土的转运次数。施工现场的运输尽可能少使用吊斗、推车等工具及机械，采用混凝土输送泵可大大降低太阳辐射的时间。如需采用吊斗，应以1m3体积较为合理。b.混凝土输送车及输送泵管尽可能采用覆盖及保温措施。如运输车采用遮阳板（保温板），输送泵管包草袋及其它保温材料。c.减少混凝土的运输时间。主要措施是减少混凝土的输送距离。对于泵管要尽可能减少弯管数量，增大弯管曲率半径，以减少摩擦造成的热量倒灌。d.减少混凝土输送车的等待时间（装料及卸料时间）。e.利用低温时间或夜间浇筑。2)浇筑前的施工准备a.浇注前首先检查模板位置是否正确，支撑是否牢固；b.检查混凝土输送泵、布料机（杆）、振动棒等设备是否良好；c.确定浇注方法（水平2分层、斜面分层、要求层厚不大于800）预先估算混凝土的流淌距离（一般为13m～17m）；d.确定浇注方向、流程（从一边到另一边或从中心向两边）；e.埋设冷却水管，进水口安装筏门，以控制水流速；f.架滴灌设备（采用直径为25－50的焊接钢管，间距800－1200）；g.埋设测温设备（大承台间距5000～8000，小承台按3－4个设一测温点，每个测温点不少于3个测温片）；h.冷却水管加压水泵试运行，冷却水管检查是否漏水。要求水箱体积大于3m3；i.塑料布、毛毡的准备（表面覆盖）；j.混凝土泌水坑的留置（防目混凝土泌水导致局部混凝土配合比改变）。3）浇筑及管理措施（1）要求混凝土的入模温度不超过30oC,一般控制在25oC以下。（2）控制浇筑时间，加快施工进度大体积混凝土浇筑尽可能回避高温和寒冷季节。如不能回避高温季节，则应在高温季节的低温时间段浇筑。同时，应加快浇筑速度（如一个浇筑点按每小时80～100m3进行施工），减少混凝土在浇筑层面上的暴露时间（不超过初凝时间，最好是2～4小时，减少热量倒灌）。同时，可采用仓面隔热的方法，如覆盖、遮阳等。（2）采用分层浇筑（水平分层或斜面分层）时，层厚最好取700～800mm.。并尽可能控制混凝土的流淌距离在13m以内。以防止混凝土浇筑面积过大，不利于覆盖。（3）混凝土施工后应立即在模板外围覆以草袋、麻袋、棉毡、棉毡等保温材料，并洒水养护；对于裸露的混凝土表面，首先在其表面覆盖塑料薄膜（绝热），然后覆盖草袋、麻袋、棉毡等。混凝土终凝后，取掉塑料薄膜，重新覆盖草袋、麻袋、棉毡等并洒水，或用涂膜养护剂、涂布等，以防止太阳暴晒及产生过大的温差影响。对于大面积的承台，在其四周砌三皮砖，承台表面蓄水100mm（水温与混凝土内部温差控制在22oC以内），并在其表面漂浮15～25mm厚的苯板。大体积混凝土的养护时间不允许少于14天；或者是混凝土内部温度开始下降至混凝土内部温度与混凝土养护期间大气的最低温度的差值小于22oC时。（4）合理的组织施工管理，减少混凝土在施工面的停留时间。同时要确保混凝土施工的连续性和防止“等米下锅”现象。更要防止由于机械故障、停电等原因而造成的浇筑中断现象。（5）混凝土的水灰比应控制在0.36以下，以防止产生过大的泌水现象，从而产生混凝土表面的龟裂。（6）混凝土终凝前的表面，应及时压平、磨光，以减少混凝土表面的比表面积，这样可以减少与大气的热量交换。（7）混凝土表面的养护水温度与混凝土表面之间的温差应控制在22oC以内。（8）由于建筑工程的大体积混凝土主要出现在地下室的底板、承台等地下构件上，按照一般工程的开工时间（春季），这些构件的施工时间正好为大气温度较高的时间。为了防止热量倒灌，在确定开工时间时，应考虑大体积混凝土的施工时间。（9）冷却水管开启。当混凝土的内部与表面及表面与大气的温差可能超过22oC时，开启冷却水管，要求冷却水管的水温与混凝土的内部温度差小于22oC。另要求冷却水管的进水口每两水时反向一次。（10）混凝土的表面保温措施为了防止混凝土表面开裂，在混凝土的表面设置保温层（保护层可采用畜水养护并漂浮苯板、覆盖养护等），防止混凝土表面与外界(大气、地基土)的温差过大，从而减少由温差产生的拉应力。4）混凝土抗裂的其它措施（1）混凝土底面设置滑移层为了减少地基土对混凝土底面的约束，在混凝土的底面设置滑移层，使混凝土底部收缩时产生的拉应力减小，从而使混凝土的抗裂能力提高。（2）混凝土内部的降温措施研究为了降低混凝土的内部温度，以减少混凝土的温升值，在大体积混凝土的内部埋设降温用的冷却水管、使用中热水泥、降低水泥用量和使用粉煤灰代替一定量的水泥、添加外加剂、降低混凝土的入模温度、防止混凝土的热量倒灌等措施，从而减少混凝土由于温差引起的收缩应力，以提高混凝土的抗裂能力。（3）设置释放带（后浇带）、留置施工缝、配置温度构造钢筋、增加刚度突变过渡区等的研究。（4）合理的配筋率与钢筋直径对混凝土的抗裂有重大的影响。（5）在大体积混凝土的底部设置预应力钢筋，以减少混凝土初期的变形和从而减少底部拉应力。二、特种结构的施工技术1、逆作法施工技术（一）逆作法施工技术的概念逆作法施工是对深度较大的多层地下室，利用先施工完成的地下连续墙作为深基坑开挖