淺析大體積混凝土施工技術(shù)
2017-01-03
1 大體積混凝土的特點
日本建筑學(xué)會標準（JASS5）把“大體積混凝土”定義為：結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80㎝以上，同時水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計超過25�癈的混凝土。對于澆筑的大體積混凝土，因為其尺寸之大，為了最大限度減少開裂要求，必須采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題。建筑大體積混凝土與一般混凝土的不同之處：其工程規(guī)模的大小、結(jié)構(gòu)形式、受荷情況、混凝土特點、配筋構(gòu)造等方面。建筑工程大體積混凝土多為現(xiàn)澆超靜定結(jié)構(gòu)混凝土，具有澆筑量大、結(jié)構(gòu)厚大、工程條件復(fù)雜等特點，其設(shè)計強度、施工技術(shù)和質(zhì)量要求比一般混凝土要高；單方混凝土水泥用量較大，由于水化熱引起的混凝土內(nèi)部溫度也較高；由于結(jié)構(gòu)斷面內(nèi)配筋較多，這就對連續(xù)性整體澆筑的要求比一般混凝土的要求高些；結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物雖然受外界條件變化影響較小，多屬于室內(nèi)、地下或半地下，但對抗?jié)B性能的要求較高。此外，在混凝土溫度及溫度應(yīng)力的計算方法和采取的措施上，兩者也有很多差異。除了必須具有足夠的剛度、強度、穩(wěn)定性以外，還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)物的整體性和耐久性要求。因此，建筑工程大體積混凝土施工中的一個關(guān)鍵問題就是如何控制混凝土的溫度變形和內(nèi)外溫差而造成的裂縫，從而提高混凝土的抗裂、抗?jié)B和抗侵蝕的性能。
2 大體積混凝土的溫度裂縫
目前國內(nèi)對大體積混凝土的溫度控制還沒有正式規(guī)定，從國內(nèi)的施工實踐來看：混凝土的溫差和溫升與表面系數(shù)有關(guān)，雙面散熱的的結(jié)構(gòu)斷面最小厚度控制在100㎝以上，單面散熱最小厚度在75㎝以上，混凝土結(jié)構(gòu)只要是由于水化熱引起的混凝土最高內(nèi)外溫差預(yù)計大于25�癈以上的，即可按照大體積混凝土施工。一般產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾個：
(1)外界氣溫變化
在施工階段，外界氣溫的變化對大體積混凝土施工的影響是顯而易見的，當外界溫度降低，混凝土的降溫幅度就增加了，特別是當氣溫降得急且幅度大時，會使內(nèi)部混凝土和外層混凝土的溫度梯度大大增加；外界氣溫升高，混凝土的澆筑溫度也隨之升高，這樣對大體積混凝土的施工是極為不利的。澆注溫度和結(jié)構(gòu)物的散熱降溫、水化熱的絕熱溫度等各種溫度的疊加就是混凝土內(nèi)部的溫度。由于溫差引起的溫度變形造成了溫度應(yīng)力，溫差愈小，溫度應(yīng)力也愈??；反之，則越大。
(2)水泥水化熱
水泥水化過程中一定要放熱。在建筑工程中由于水泥水化熱引起的溫度升高一般為20～30�癈。而大體積混凝土結(jié)構(gòu)物水泥放出的熱量由于斷面較厚都聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部，不易散發(fā)。水泥水化熱引起絕熱溫升，并隨混凝土的齡期呈指數(shù)增長，接近于最終絕熱溫升的時間為10～12天。但最高溫度一般發(fā)生在混凝土澆筑后的最初3～5天。由于澆筑初期混凝土的彈性模量和強度都很低，導(dǎo)熱性能又差，對水化熱引起的急劇溫升約束小，相應(yīng)的溫度應(yīng)力也不大。
(3)混凝土的收縮
目前對于補償收縮混凝土的研究和發(fā)展?jié)u漸認識到，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體積膨脹。但在混凝土中需要蒸發(fā)掉80％的游離水分。引起了混凝土體積的收縮是由于多余水分的蒸發(fā)，約束條件不影響這種收縮變形。如果有約束，就會引起混凝土的開裂，并伴隨著齡期的增長而發(fā)展。內(nèi)部孔隙水蒸發(fā)的變化引起的毛細管引力可能是混凝土的收縮最大的原因。如果將收縮后的混凝土，將其再處于水飽和狀態(tài)下，則可恢復(fù)膨脹并和原有的體積相差不大。所以說很大程度上收縮是可發(fā)生可逆現(xiàn)象的。
3 大體積混凝土的施工技術(shù)
大體積混凝土的施工技術(shù)包括：土方開挖、鋼筋加工與安裝、混凝土的拌制與輸送、混凝上的澆筑與搗固、混凝土表面處理與養(yǎng)護、模板支拆、施工機械的選型與布置、勞動力的投入以及進度的控制等。
3.1 拌制與輸送
大體積混凝土結(jié)構(gòu)厚大、澆筑量大，一般澆筑體積可達幾千立方米至上萬立方米， 因此在拌制時應(yīng)盡可能的進行集中拌制，采用商品混凝土更好。為了降低水化熱，配制混凝土?xí)r宜摻加適量的減水劑和沸石粉或粉煤灰，既改善了混凝土的和易性又減少了水泥的用量。當采用泵送混凝土?xí)r，可摻加泵送劑，但還是采用礦渣水泥來配制混凝土為宜，因為其發(fā)熱量較低。
3.2 澆筑與搗固
根據(jù)現(xiàn)場的具體情況和溫度應(yīng)力計算，首先確定是整澆還是分段澆筑。然后根據(jù)施工方案計算來確定混凝土運輸工具、澆筑設(shè)備、勞動力數(shù)量和搗實機械等?；炷翉男冻龅綕仓戤叺难永m(xù)時間應(yīng)該小于規(guī)范規(guī)定的值?；炷吝\輸、澆筑及間歇的全部時間應(yīng)該小于規(guī)范規(guī)定值，當必須超過時則應(yīng)留置施工縫?；炷蠞仓拥暮穸葢?yīng)小于等于振搗棒作用部分長度的1.25倍。澆筑混凝土應(yīng)連續(xù)進行，當必須進行間歇時，宜盡量縮短其間歇時間，并應(yīng)將次層混凝土在前層混凝土凝結(jié)之前澆筑完畢。應(yīng)合理分段分層進行混凝土的澆筑，使混凝土沿高度均勻上升，澆筑宜在室外氣溫較低時進行，混凝土澆筑溫度應(yīng)該低于28℃。
3.3 表面處理與養(yǎng)護
在大體積混凝土分段澆筑完畢后混凝土初凝之后終凝之前，應(yīng)排除上表面的泌水，進行表面的抹壓或二次振搗，消除最先出現(xiàn)的表面裂縫的方法是用木拍反復(fù)抹壓密實。應(yīng)該定期測定混凝土內(nèi)部和表面溫度，將溫差控制在設(shè)計要求的范圍以內(nèi)，當設(shè)計沒有具體要求時， 混凝土內(nèi)部和表面的溫差應(yīng)小于25℃。冬期施工條件下，應(yīng)在混凝土表面冷卻到小于5℃時才能將模板和保溫層拆除。在其他時期施工條件下，拆除時的溫度應(yīng)混凝土表面與外界溫差小于l5℃。潮濕環(huán)境中的混凝土在養(yǎng)護時間，對于有抗?jié)B要求或摻用緩凝型外加劑的混凝土的養(yǎng)護時間不能少于l4d，對采用普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土養(yǎng)護時間不能少于7d。
3.4 后澆帶的設(shè)置
影響溫度應(yīng)力的因素之一是結(jié)構(gòu)長度，許多工程的伸縮縫經(jīng)常帶來了滲漏，對裂縫滲漏的治理的難度對伸縮縫的難度要小。可以采取設(shè)置后澆帶的方法來取消伸縮縫。其原理是把總溫差分為兩部分。在第一部分溫差經(jīng)歷時間內(nèi)，把結(jié)構(gòu)分成若干長度盡量小一些的段，這些段與施工縫結(jié)合起來，能夠有效地使溫度收縮應(yīng)力減小。在施工后期，把這許多段澆成整體繼續(xù)承受第二部分溫差和收縮應(yīng)力。將兩部分的溫差和收縮應(yīng)力疊加應(yīng)不大于混凝上設(shè)計抗拉強度，這種控制裂縫的方法能夠達到不設(shè)置永久伸縮縫目的。
4 施工中應(yīng)注意的幾個問題
(1)泌水和浮漿問題
大體積混凝土施工一般都采取的是分層澆筑，一般上下層施工的間隔時間為1.5～3h，因此各澆筑層易產(chǎn)生泌水層?？梢岳萌藶榈?ldquo;水潭”或正式設(shè)計的集水坑，將多余水分集中后用專門的隔膜泵或軟軸泵抽水排出，或使多余的水分從結(jié)構(gòu)四周側(cè)模的底部開設(shè)的排水孔中自然排走。對于豎向和墻體等結(jié)構(gòu)，解決的辦法是調(diào)整坍落度和配合比。
(2)留置與處理后澆縫問題
在大體積混凝土施工中合理的分縫分塊，一方面可以縮小約束范圍，減輕約束作用；另一方面也可利用澆筑塊的層面進行散熱，使混凝土的內(nèi)部溫度降低。另外，能夠滿足預(yù)埋螺栓、綁扎鋼筋等工序的操作需要。但接縫的處理必須滿足防滲的要求。
(3)模板工程
對于大體積混凝土的模板，模板承受著振搗混凝土的振動力和混凝土的側(cè)壓力，為了防止模板產(chǎn)生過大的變形，這就要求模板的支撐體系的可靠性要較好，不能完全套用一般常規(guī)方法進行配置，而應(yīng)根據(jù)實際受力情況，對模板、拉桿、立柱以及支撐系統(tǒng)的所有構(gòu)件，都要進行設(shè)計計算配置，使其具有足夠的安全儲備。
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