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【摘 要】近年来，我国经济实力不断提高，对基础设施投入力度也不断加大，我国的大型、特大型工程日益增多，大体积混凝土工程也越来越多。本文结合自己在某工程大体积混凝土施工经验以及分析其他工程大体积混凝土施工的成功，简要介绍了大体积混凝土裂缝产生的原因，以及从材料、施工、设计、维护等四个方面进行综合解决，并提出了防止和减少砼裂缝的一般方法和施工中应注意的一些问题。
【关键词】大体积；混凝土；施工
近年来，我国经济实力不断提高，对基础设施投入力度也不断加大，我国的大型、特大型工程日益增多，大体积混凝土工程也越来越多。本案工程地下室2层，地上31层，结构形式为框架剪力墙，基础为独立基础+条形基础+筏板；主楼筏板厚度为2.5米，属大体积混凝土，在施工中取得了较好的成功经验。
目前大体积混凝土还没有确切的定义词。日本建筑学会标准（jass5）规定：“结构断面最小厚度80厘米以上，同时水化热引起的温度差和混凝土内外温度将超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。美国混凝土协会（ACI）规定：“任何现场浇筑的大体积混凝土，因其尺寸之大，必须采取措施来解决由水化热引起的体积变形问题，以最大限度地减少开裂”。
大体积混凝土的特性
大体积混凝土具有以下特点：
（1）高强度混凝土设计，单方水泥用量较多，大体积混凝土水化热引起的温度比普通混凝土大得多；
（2）在结构内的截面配筋比较多，较高完整性；
（3）基础结构是埋在地下，虽然受环境温度变化的影响较小，但需要高抗渗性。
因此，温度对混凝土裂缝控制引起的应变差异，提高混凝土的抗渗性，抗开裂和抗侵蚀性能是大体积混凝土施工的一个关键问题。
大体积混凝土的温度控制，目前国内尚无正式规定，在过去提出了应该在20摄氏度的温度差控制中，近年来在南方一些地区的控制在25 °C内，从国内的施工实践来看：混凝土的温升和温差与表面系数有关，单面散热的结构断面最小厚度在75㎝以上，双面散热在100㎝以上，双边的冷却混凝土水化热的内部结构将造成超过25摄氏度的温度差异。
80年代以来，在全国主要城市建立了很多高层建筑。这些建筑物的基础都采用了大体积混凝土，通过这些项目的实施，促进了大体积混凝土施工技术。
对大体积混凝土工程的研究，取得不少成就，主要是：
（1）在设计上，为改善大体积混凝土的内外约束条件以及结构薄弱环节的补强，提出了行之有效的措施。
（2）在施工技术上，从选料，配合比设计、施工方法，施工季节的选定和测温养护等，采取一些综合性的措施，有效地克服了大体积混凝土的裂缝。
（3）在施工组织管理上，为了解决大体积混凝土一次浇筑量大的问题，在精心组织、协调指挥。
大体积混凝土的施工
材料要求
水泥
（1）在满足强度和耐久性等要求的前提下，宜选用低热或中热的矿渣水泥、火山灰水泥（发热量270~290kJ/kg）、严禁使用安定性不合格的水泥。
（2）由于大体积混凝土工程量大，水泥用量多，水泥供应难以做到按施工要求的品种标号一次进场，因此要加强水泥进场的检验和试配工作。
骨料
（1）粗骨料。碎石和卵石均可，并采取连续级配或合理的掺配比例。其最大粒径不得大于钢筋最小间距的3/4。当采用泵送混凝土时，为了提高混凝土的可泵性和控制增加水泥用量，可参照表5-7-13选用。骨料中不得含有有机杂质，其含泥量应<=1%
（2）细骨料。宜选用粗砂或中砂，含泥量应≤3%。当采用泵送混凝土时，其细度模数以2.6～2.8为宜。控制细砂以0.3㎜筛孔的通过率为15～30%；0.15㎜筛孔的通过率为5～10%。
（3）粉煤灰。为了减少水泥用量，可掺入水泥用量10%的粉煤灰取代水泥。粉煤灰应符合《技术条件103—56》的要求，其烧失量应<15%，SO3应<3%，SIO2应>40%，并应对水泥无不良反应。
（4）外加剂。为了满足和易性和减缓水泥早期水化热发热量的要求，宜在混凝土中掺入适量的缓凝型减水剂。
配合比设计
基本要求
（1）设计配合比时尽量利用混凝土60天或90天的后期强度，以满足减少水泥用量的要求。但必须征得设计单位的同意和满足施工荷载的要求。
（2）混凝土配合比，应根据使用的材料通过试配确定。一般要求水泥用量宜控制在260～300kg/m3。水灰比应≤0.6。砂率应控制在0.33～0.37（泵送时宜为0.4～0.45）。坍落度应根据配合比要求严加控制，当采用商品混凝土泵送时，坍落度的增加应通过调整砂率和掺用减水剂或高效减水剂解决，严禁在现场随意加水以增大坍落度，并应控制在10～14㎝为宜。
设计步骤
按现行《混凝土结构工程施工及验收规范》执行。
施工准备工作
在施工前的大体积混凝土准备工作，除了一般的混凝土施工前必须进行材料的制备，设备的准备，技术准备和现场准备，根据其结构的特殊性，做好配套材料和辅助设备的准备，如冰水箱（池），真空设备，水泵，温度测量设备等。特别是做施工方案的准备工作。主要内容及编制原则如下：
编制的原则
（1）在保证结构整体性的原则下，采用分层分块浇筑时，尽量减少浇筑块在硬化过程中的内外约束，分层的时间间隔做到既有利于散热，又考虑到底层对上层的约束。
（2）控制内外温差，加强养护，防止产生贯通裂缝和其它有害裂缝。
编制的主要内容
（1）根据减少约束的要求，确定分层分块的尺寸及层间、块间的结合措施。
（2）通过热工计算，确定混凝土入模温度以及对材料加热或降温的措施。
（3）确定混凝土搅拌，运输和浇筑的方案。
（4）制订混凝土的保温方案。
（5）明确对混凝土的测温方案。
（6）有关保证工程质量、方案。
施工工艺
环境温度条件
大体积混凝土施工一般要在低温条件下进行，最高温度小于等于30摄氏度的温度为宜，应该认真分析和温度应力计算（包括收缩），以降低温度，减少温度应力和相应的措施。
混凝土质量要求
搅拌后的混凝土应被运到浇注位置，浇筑入模。在运送过程中，要防止混凝土离析现象，砂浆坍落度损失、改变，如离析现象的发生，必须进行人工二次拌合后方可入模。
混凝土浇筑要点
（1）大体积混凝土的浇筑，应根据整体连续浇筑的要求，结合结构尺寸的大小、钢筋疏密、混凝土供应条件等具体情况，选用以下三种方法：
①全面分层。即将整个结构浇筑层分为数层浇筑，当已浇筑的下层混凝土尚未凝结时，即开始浇筑第二层，如此逐层进行，直至浇筑完成。这种方法适用于结构平面尺寸不太大的工程。一般长方形底板宜从短边开始，沿长边推进浇筑；亦可从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。
②分段（块）分层。适用于厚度较薄而面积或长度较大的工程。施工时从底层一端开始浇筑混凝土，进行到一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其它各层。
③斜面分层：适用于结构的长度超过厚度三倍的工程，振捣工作应从浇筑层的底层开始，逐渐上移，以保证分层混凝土之间的施工质量。
（2）当基础底板厚度超过1.3m时，应采取分层浇筑。分层厚度宜为0.6～1.0m。对于大块底板，在平面上应分成若干块施工，以减少收缩和温度应力，有利于控制裂缝，一般分块最大尺寸宜为30m左右。
（3）分层浇筑时，上层钢筋的绑扎应在下层混凝土经一定养护其强度达到1.2N/㎜2，混凝土表面温度与混凝土浇筑后达到稳定时的室外温度之在25ºC以下时进行。
（4）分层浇筑间隔的时间，应以混凝土表面温度降至大气平均温度为好，即水化热温峰值以后，一般为3～5天，因此间隔时间以大于5天为宜。
（5）暑期施工时，必须采取有效措施降低混凝土内部的实际温度。
①降低混凝土入模浇筑温度如拌和水中掺入冰块、使用冷却水作拌合用水、砂石采取遮阳措施和喷冷水降温等；
②骨料中掺入适量毛石；
③掺入适量的粉煤灰。
（6）为了防止混凝土发生离析，当混凝土的自由倾落高度超过2m时，应采用串筒，溜槽下落。串筒和漏斗的布置应根据浇筑面积、浇筑速度和铺平混凝土的能力确定，一般其间距不得大于3m。
（7）混凝土应采用机械振捣。振捣棒的操作，要做到“快插慢拔”，在振捣过程中，宜将振动棒上下略有抽动，以使一下振动均匀。每点振捣时间一般以20～30s为宜，但还应视混凝土表面呈水平不再显著下沉、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准。
分层浇筑时，振捣棒应插入下层5㎝左右，以消除两层之间的接缝。
振捣时要防止振动模板，并应尽量避免碰撞钢筋、管道、预埋件等。每振捣完一段，应随即用铁锹摊平拍实。
（8）混凝土养护的时间和方法为：
①养护时间：为了保证新浇筑的混凝土有适宜的硬化条件，防止在早期由于干缩而产生裂缝，大体积混凝土浇筑完毕后，应在12h内加以覆盖和浇水。具体要求是：普通硅酸盐水泥拌制的混凝土不得少于14天；矿渣水泥，火山灰质水泥、大坝水泥、矿渣大坝水泥拌制的混凝土不得少于21天。
②养护方法：大体积混凝土养护方法，分降温法和保温法两种。降温法，即在混凝土浇筑成型后，用蓄水、洒水或喷水养护；保温法是在混凝土成型后，使用保温材料覆盖养护（如塑料薄膜、草袋等）及薄膜养生液养护，可视具体条件选用。
夏季施工时，砼一般可使用草袋覆盖、洒水、喷水养护或喷刷养生液养护。
冬期施工时，由于环境气温较低，一般可利用保温材料以提高浇筑的混凝土表面和四周温度，减少混凝土的内外温差。另外亦可使用薄膜养生液、塑料薄膜等封闭料，来封闭混凝土中多余拌合水，以实现混凝土的自养护。
（9）混凝土测温。为了掌握大体积混凝土的升温和降温的变化规律以及各种材料在各种条件下的湿度影响，需要对混凝土进行温度监测控制。
①测温点的布置 必须内有代表性和可比性。沿浇筑的高度，应布置在底部、中部和表面，垂直测点间距一般为500～800㎜；平面则应布置在边缘与中间，平面测点间距一般为2.5～5m。
②测温制度 在混凝土温度上升阶段每2～4h测一次，温度下降阶段每8h测一次，同时应测大气温度。
所有测温孔均应编号，进行混凝土内部不同深度和表面温度的测量。
施工中注意的几个问题
泌水和浮浆问题
大体积混凝土施工中，由于混凝土分层浇筑，上部和下部结构之间的间隔时间（一般为1.5 ~ 3h，即凝结前控制），所以通过层混凝土层易产生水，混凝土泵送施工，特别严重的。解决的办法是，在侧模的结构设置在排水孔的底部，使多余的水从自然排放孔，或用槽形式设计的或人为的“池”，从特殊的柔性轴或隔膜泵泵排出多余的水。对墙壁和其他垂直结构，可以配合比和坍落度的解决方案。
后浇缝的留置与处理
大体积混凝土施工中，合理的分缝分块，不仅可以减轻约束作用，缩小约束范围；同时也可利用浇筑块的层面进行散热，降低混凝土内部的温度。另外，尚可满足绑扎钢筋、预埋螺栓等工序的操作需要。但接缝的处理必须满足防止渗漏水的要求。
后浇缝的设置和处理如设计无规定时，其间距一般为20～30m，缝宽1m，可在后浇缝形成40d后封闭，冬期可适当延长。封闭前，应仔细凿毛，并将钢筋按设计要求连接好，再用比原设计砼强度提高一级补偿收缩混凝土（亦可在普通混凝土中掺入膨胀剂）将缝灌密实。
模板工程
大体积混凝土施工时，模板承受着混凝土的侧压力及振捣混凝土的振动力，因此必须保证模板及其支撑体系的可靠性，防止模板产生过大的变形。
对于大体积混凝土的模板，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、立柱、拉杆以及支撑系统的所有构件，都要进行设计计算，争取足够的安全储备。
由于大体积混凝土对模板的刚度要求较高，在有条件时，宜优先使用钢模板。采用木模时，浇筑混凝土前应充分湿润，防止木模吸收混凝土表面水分后膨胀变形。
防止大体积混凝土裂缝的主要措施
（1）对混凝土配合比的合理选择，尝试用稳定性好、水化热低的水泥，并在满足设计强度要求下，尽量减少水泥用量，降低水泥水化热。从实际经验，在450kg/m3水泥剂量的控制可以防止裂缝。
（2）控制石子、砂子的含泥量不超过1%和3%。
（3）根据施工季节的不同，可分别采用降温法和保温法施工。夏季主要用降温法施工，即在搅拌混凝土时掺入冰水，一般温度可控制在5~10ºC，在浇筑混凝土后采用冰水养护降温，但要注意水温和混凝土温度之差不超过20ºC，或采用覆盖材料养护。冬季可以采用保温法施工，利用保温模板和保温材料防止冷空气侵袭，以达到减小混凝土内外温差的目的。
（4）采用分层分段法浇筑混凝土。分层振捣密实以使混凝土的水化热能尽快散失。还可采用二次振捣的方法，增加混凝土的密实度，提高抗裂能力，使上下两层混凝土在初凝前结良好。也可采用在下层混凝土面上预留沟槽，以加强上下层混凝土的连接。
（5）作好测温工作，控制混凝土的内部温度与表面温度，以及表面温度与环境温度之差不超过25ºC。
（6）在混凝土中掺加少量磨细的粉煤灰和减水剂，以减少水泥用量。也可掺加缓凝剂，推迟水化热的峰值期。
（7）掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。
（8）改善约束条件。根据工程特点，可以采取某些措施，降低外约束力。例如 在大体积混凝土下设置滑动的垫层，通常作法是在垫层混凝土上，先铺一层低强度水泥砂浆，以降低新旧混凝土之间的约束力。为了防止护坡桩对混凝土的约束力，还可在大体积混凝土四周与护坡桩之间砌筑隔离墙，既作为模板，又减小了大体积混凝土的外约束力。
（9）设置后浇缝。当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇缝，以减小外约束力和温度应力，同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。
（10）当分层浇筑时，为了保证每个浇筑层上下均有温度筋，可建议设计者将温度筋作适当调整。温度筋宜细密，一般用Ø8钢筋，间距15㎝，双向布筋，这样可以增强抵抗温度应力的能力。上层钢筋的绑扎，应力争在浇筑下层混凝土后进行，这样便于混凝土的保温覆盖和保持钢筋的整洁。对于一次绑扎成形的钢筋网架，混凝土下料高度过大时，应采用溜槽或串筒下料，防止混凝土离析。
结束语
大体积混凝土结构裂缝的预防与控制是一个系统工程，必须从材料、设计、施工、维护等四个方面进行解决。设计应积极采用先进技术，结合成熟的技术措施，提出了切实可行的理论和实用的控制措施，在实践中，经济合理。物资调配科学、施工组织合理安排，确保大体积混凝土的质量。严格按照施工规范、施工程序，提高了操作流程和加强养护，防止和减少大体积混凝土裂缝，工程裂缝的危害控制到最低限度。
参考文献：
[1]高层建筑建筑施工手册.中国建筑出版社.
[2]大体积混凝土施工手册.中国建筑工业出版社
论文作者:苏小艳
论文发表刊物:《低碳地产》2016年6月第11期
论文发表时间:2016/11/11
标签：混凝土论文; 体积论文; 温度论文; 水泥论文; 水化论文; 裂缝论文; 测温论文; 《低碳地产》2016年6月第11期论文;