大体积混凝土施工技术

王晓维赵杰

摘要: 近年来，随着基础设施建筑规模不断扩大，大型现代化技术设施或结构物不断增多，如何保工程质量、施工技术的合理运用是至关重要。如何采取有效措施防止大体积混凝土的开裂与保持混凝土结构密实程度，是一个值得关注的问题。本文简述了大体积混凝土裂缝形成原因及施工方法,从合理选择混凝土配合比、严格控制混凝土入模温度等方面,提出了保证大体积混凝土施工质量的控制措施。

关键词:裂缝;混凝土浇筑;施工技术

Abstract: in recent years, as infrastructure construction continues to expand the scale of large-scale modern technology facilities or structures growing, how to the engineering quality, construction technology is reasonable apply is crucial. How to take effective measures to prevent massive concrete crack in the concrete structure and keep close-grained degree, is a concern. This paper briefly describes the mass concrete crack formation reasons and construction method, from the rational choice concrete, strictly control the mode of concrete temperature and so on, proposed guarantee mass concrete construction quality control measures.

Keywords: crack; Concrete casting; Construction technology

中图分类号： TV544+.91文献标识码：A文章编号：

一、大体积混凝土裂缝形成的原因

裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。本文主要探讨材料型裂缝。其中具体原因如下。

1.1 温度应力引起裂缝（温度裂缝）

目前温度裂缝产生主要原因是由温差造成的。温差可分为以下三种：混凝土浇注初期，产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面温度为室外环境温度，这就形成了内外温差，这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗压强度时，就会导致混凝土裂缝；另外，在拆模前后，表面温度降低很快，造成了温度陡降，也会导致裂缝的产生；当混凝土内部达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值就是内部温差；这三种温差都会产生温度裂缝。在这三种温差中，较为主要是由水化热引起的内外温差。

1.2收缩引起裂缝

收缩有很多种，包括干燥收缩、塑性收缩、自身收缩、碳化收缩等等。这里主要介绍干燥收缩和塑性收缩。

二、防止裂缝的措施

由以上分析，材料型裂缝主要是由温差和收缩引起，所以为了防止裂缝的产生，就要最大限度的降低温差和减小混凝土的收缩，优选原材料：

2.1水泥

由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，为了降低水化热，要尽量采取早期水化热低的水泥，由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数，硅酸盐水泥的矿物组成主要有：C3S、C2S、C3A和C4AF，试验表明：水泥中铝酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）含量高的，水化热较高，所以，为了减少水泥的水化热，必须降低熟料中C3A和 C3S的含量。在施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率，试验表明比表面积每增加100cm2/g，1d的水化热增加17J/g～21J/g，7d和20d均增加4J/g～12J/g。

2.2掺加粉煤灰

为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们可以把部分水泥用粉煤灰代替，掺入粉煤灰主要有以下作用：①由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二铝含量17%～35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；②由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。

值得一提的是：由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多，在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。

2.3骨料

（1）粗骨料

尽量扩大粗骨料的粒径，因为粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就越小，水化热就随之降低，对防止裂缝的产生有利。

（2）细骨料

宜采用级配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热就低，裂缝就减少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗沙。

2.4加入外加剂

加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会，外加剂对混凝土收缩开裂性能有以下影响：

（1）减水剂对混凝土开裂的影响

减水剂的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。

（2）缓凝剂对混凝土开裂的影响

缓凝剂的作用一是延缓混凝土放热峰值出现的时间，由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度也增大了，从而减小裂缝出现的机率，二是改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。

（3）引气剂对混凝土开裂的影响

引气剂在混凝土的应用对改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在这里值得注意的是：外加剂不能掺量过大，否则会产生负面影响，在GB8076～1977中规定，掺有外加剂的混凝土，28d的收缩比不得大于135%，即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于35%。

三、采用合理的施工方法

3.1混凝土的拌制

（1）在混凝土拌制过程中，要严格控制原材料计量准确，同时严格控制混凝土出机坍落度。

（2）要尽量降低混凝土拌合物出机口温度，拌合物可采取以下两种降温措施：一是送冷风对拌和物进行冷却，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的温度控制在6℃左右。

3.2混凝土浇注、拆模

（1）混凝土浇注过程质量控制

浇注过程中要进行振捣方可密实，振捣时间应均匀一致以表面泛浆为宜，间距要均匀，以振捣力波及范围重叠二分之一为宜，浇注完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。另外，-浇注混凝土要求分层浇注，分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。避免纵向施工缝、提高结构整体性和抗剪性能。

（2）浇注时间控制

尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇注尽量安排在夜间进行。

（3）混凝土拆模时间控制

混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设计强度的75%以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25℃以内，预计拆模后混凝土表面温降不超过9℃以上允许拆模。

3.3做好表面隔热保护

大体积混凝土的温度裂缝，主要是由内外温差过大引起的。混凝土浇注后，由于内部较表面散热快，会形成内外温差，表面收缩受内部约束产生拉应力，但是这种拉应力通常很小，不至于超过混凝土的抗拉强度而产生裂缝。但是如果此时受到冷空气的袭击，或者过分通风散热，使表面温度降温过大就很容易导致裂缝的产生，所以在混凝土在拆模后，特别是低温季节，在拆模后立即采取表面保护。防止表面降温过大，引起裂缝。另外，当日平均气温在2～3d内连续下降不小于6～8℃时，28d龄期内混凝土表面必须进行表面保护。

3.4养护

混凝土浇注完毕后，应及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿润，这样既减少外界高温倒罐，又防止干缩裂缝的发生，促进混凝土强度的稳定增长。一般在浇注完毕后12～18h内立即开始养护，连续养护时间不少于28d或设计龄期。

3.5通水冷却

若是在高温季节施工，则要在初期采用通制冷水来降低混凝土最高温度峰值，但注意，通水时间不能过长，因为时间过长会造成降温幅度过大而引起较大的温度应力。为了削减内外温差，还应在夏末秋初进行中期通水冷却，中期通水一般采用河水，通水历时两个月左右。后期通水是使混凝土柱状块达到接缝灌浆的必要措施，一般采用通河水和通制冷水相结合的方案。

四、大体积混凝土的施工实例方案

4.1工程概况

临沂市三河口祊河隧道工程起于滨河路涑河桥南侧，线路呈东北走向，隧道主线全长1.92km，双向6车道，计算行车速度为60km/h。其中主线隧道全长1680m，隧道暗埋段长1460m，隧道敞开段长220m，主线道路部分全长241.169m。滨河路及滨河大道为现况道路拓宽改建，拓宽后均为双向6车道布置，其中滨河路拓宽范围全长720m，滨河大道拓宽范围全长1520m，计算行车速度均为40km/h。

隧道主体为两孔（双向六车道）折板拱式箱形断面，全宽28m，高9.2m（设风机断面）；匝道暗埋段隧道全宽10.0m，高8.7m（设风机断面）。

以第一标段为例：主线桩号MK0+880以南的隧道主线暗埋段及敞开段，A、B、C、D匝道暗埋段及敞开段的主体结构工程。

4.2施工准备工作

大体积混凝土的施工技术要求比较高，特别在施工中要防止混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度应力裂缝。因此需要从材料选择上、技术措施等有关环节做好充分的准备工作，才能保证基础底板大体积混凝土顺利施工。4.2.1混凝土供应方式

1、为保证混凝土能满足施工进度要求，本工程混凝土采用现场混凝土搅拌站及商品混凝土两种供应方式，由材料部门选择合格的商品混凝土供应商。

2、提前给混凝土搅拌站总的时间安排计划 ，保证供应量能满足工程进度要求，提前发送混凝土预定单的形式向搅拌站混凝土，需注明浇注工程量，标号，使用部位以及塌落度等技术参数。

3、混凝土到达现场后检查商品混凝土的开盘鉴定、混凝土运输小票，并现场检测混凝土坍落度，对不合格的混凝土坚决要求退场，严禁二次加水搅拌。

4.2.2混凝土原材的各项技术要求

1、本工程顶、底板及侧墙采用高性能补偿收缩防水混凝土，并应具有高性能抗裂、抗渗的要求，强度等级为C35，抗渗等级为P8。

2、混凝土采用“双掺”混凝土，主要采用硅酸盐水泥（普通硅酸盐水泥），优质磨细粉煤灰（一级）和粒化高炉矿渣微粉等胶凝材料，受潮或过期水泥不得使用，不同品种或强度等级的水泥不得混和使用。

3、C35混凝土配合比的最小胶凝材料用量不小于300kg/m³，最大胶凝材料用量不大于400kg/m³。

4、混凝土中需掺入减水剂、膨胀剂、引气剂等外加剂，各品种的掺量应经试验确定，其质量应符合国家或行业标准一等及以上的要求。各种外加剂混合使用时，应先测定它们之间相容性。

5、石子粒径采用5～40mm连续级配，严格控制针片状含量，含泥量≤0.5%。采用中粗砂，含泥量≤2%。

6、控制混凝土入模温度不大于28℃，不小于15℃，冬季施工要严格控制入模温度不得小于25℃。

4.2.3混凝土配合比的确定

商品混凝土要提前申请混凝土配合比，明确施工部位所用防水混凝土的各项技术性能指标（水泥用量），明确初凝时间、坍落度、入模温度等。

现场搅拌站配合比申请，到有试验资质的试验室申请，原材料检验合格，质量证明文件及复试报告齐全。

申请配合比的试验必须有试验资质的试验室，换算施工配合比，严禁擅自更改设计配合比。

设计要求

①．控制混凝土的坍落度要求：110～150mm。

②．水灰比要求：宜保持在0.4～0.5。

③．砂率要求：砂率应保持在45%左右，一般不宜小于40%，但不得超过50%。

④．外加剂中的氯离子含量不得大于混凝土中胶凝材料总重的0.06%。

⑤．C35混凝土水胶比不大于0.5。

4.3 大体积混凝土施工方案

4.3.1混凝土的运输

混凝土采用混凝土罐车运输，现场的混凝土采用泵车完成垂直和水平运输，使混凝土运输到指定浇筑面。在局部地方临时道路与结构边线距离较远，泵车臂不够长的地方采用地泵泵送的方式。

4.3.2混凝土的浇筑

1、混凝土浇筑由北侧与二标节点处往南侧进行跳跃式浇筑，各流水段浇筑顺序如下：

每个流水段施工分二次浇筑，第一次浇筑到底板腋角以上30cm，第二次中隔墙、侧墙、顶板一起浇筑。第二次浇筑时，中隔墙首先浇筑，然后才能浇筑侧墙，交替进行，考虑侧墙混凝土的侧压力，中隔墙浇筑高度始终比侧墙混凝土高0.5m，且两侧侧墙必须对称浇筑，并保持同一高度。

2、混凝土浇注采用分层浇注

为了确保底板混凝土不出现施工冷缝，所以采用斜坡浇筑技术 “由远至近，薄层浇筑，一次到顶的方法浇筑，做法见基础底板混凝土浇灌方式的示意图。各泵浇筑带前后略有错位，形成阶段式分层退打的局面，以达到提高泵送工效，简化混凝土泌水处理，确保混凝土上下层的结合。底板、顶板分三层。见下图:

3、据混凝土泵送自然形成一个坡度的实际情况，每层混凝土厚度应不超过振捣棒有效长度（35mm-38.5mm）1.25倍；

4、混凝土振捣采用50型振捣棒，局部钢筋较密集的区域采用30振捣棒，操作时要做到快插慢拔。在振捣上层混凝土时应插入下层混凝土中35mm左右，混凝土应振捣密实，每一插点振捣时间宜为20～30s，视其混凝土表面呈水平不再显著下沉、不再出气泡、表面泛浆为准。振捣棒插点要均匀排列，移动间距不大于振捣棒作业半径的1.5倍（一般为400mm～500mm）。振捣棒与模板的距离不应大于其作用半径的0.5倍，且应避免碰撞钢筋、模板、预埋管件，具体见下图。

5、本工程底板及顶板都较厚，待泵送混凝土后，其表面水泥浆较厚，在混凝土浇筑结束后要认真处理。随时按标高用长刮尺刮平，在初凝前，用木抹子拍压三遍，搓成麻面，以闭合收水裂缝。在木抹子压第三遍时，麻面纹路要顺直，以西东向为纹路方向保证纹路一行压一行且相互平行。

4.3.3混凝土浇筑应注意的问题

1、浇筑过程中，应经常观察变形缝、施工缝模板、钢筋、预埋件和预留洞的情况，当发现有变形、移位时，应立即停止浇筑，并立即采取措施在已浇筑的混凝土凝结前修整完好。

2、混凝土表面，应适时用木抹子磨平搓毛两遍以上，必要时，还应先用铁滚筒压两遍以上，以免产生收缩裂缝，并及时保温和养护。

3、在混凝土浇筑时，应派专人根据混凝土的先后浇筑时间记录，该部位的浇筑开始时间、浇筑完时间，并根据混凝土的缓凝时间，确定上一层混凝土的浇筑插入时间，避免出现混凝土冷缝。

4、施工缝表面凿毛并清理干净，打灰之前先填入2-3cm同混凝土标号相同的水泥砂浆。

5、两侧墙体应对称浇注，按一定厚度进行施工；

6、严禁在模板上打孔泄水，避免带走砂浆，浇筑时设专人看模；

7、现场试验人员及时检查混凝土的凝结时间及和易性是否能满足工程需要。如和易性不能满足要求，立即退回混凝土，不能加水；如混凝土流动性过大，可能造成混凝土离析等现象，立即退回混凝土，决不能迁就使用。对所供应的混凝土的凝结时间不符合要求的搅拌站通知停止供应混凝土，分析原因，令其整改或终止供应合同。

8、混凝土施工时，准确掌握混凝土的初凝时间，在混凝土初凝前浇筑完，防止混凝土冷缝的出现。

9、浇筑混凝土时，用4m刮杆找平，并用铁抹子收光。现场质量人员监督检查操作工人混凝土板面的抹压，平整度必须保证控制在质量标准内。

10、混凝土浇筑表面的泌水应及时排除，可采用覆盖干燥土工布吸收混凝土表面泌水。混凝土终凝前要进行二次抹压并采用土工布覆盖，边覆盖边抹压。最后一次抹压时，采取“边掀开，边抹压、边覆盖”的措施，土工布与混凝土表面要严密粘贴，以抑制混凝土由于塑性沉陷和表面失水过快而产生的非结构性表面裂缝。

11、混凝土表面压实：混凝土浇注毕、表面泌水已处理，并刮平后，二次振捣用平板振捣器或振动棒滚动振捣，二次抹压时不可在混凝土面撒水，而应将混凝土内部浆液挤压出来，用于表面混凝土湿润抹压。

4.3.4变形缝及施工缝的处理

变形缝处设置中埋式钢边橡胶止水带，施工缝处设置20㎝宽的钢板止水带，施工缝浇筑混凝土必须振捣充分，保证止水带与混凝土咬合实心密实，振捣时严禁振捣棒触及止水带。

前一施工段浇筑完，后浇段开始前，做好防水止水带的焊接，清除钢筋表面的混凝土浆，凿毛施工缝表面，在浇筑混凝土前水湿润，并在原混凝土表面刷一道同原混凝土标号相同的水泥浆。

4.4 混凝土的测温

1、加强施工中温度控制，使混凝土内外温差不大于25度，混凝土浇筑完毕后，应加强混凝土的温度控制和测温工作。

2、混凝土出罐温度：在罐车卸料处安排专人用温度计对混凝土进行抽样测温，对于不符合要求的混凝土严禁使用。

3、本工程测温采用建筑电子测温仪进行测温。

4、工艺流程

布置测温点 确定测温点的深度选择合适的测温线预埋测温线 浇筑混凝土 进行测温 收集数据、整理分析汇报监测结果

施工时，每支测温线的插头都有贴有相应长度规格的标签。

（1）测温点位的布置：每施工区段布置2个测温位，共计24个测位，测温位宜布置在浇筑区域的中心对称处，具体位置详见【附图4 底板混凝土测温平面布置图】。每个测温位处设深、中、浅3个不同深度的测温点，平面布置呈正三角形、间距150mm。

（2）确定测温点的深度：深点深度为H（H为底板厚）-200mm，中点深度为H/2（H为底板厚），浅点深度为150mm。如图所示：

（3）预埋测温仪：将测温仪帮在支撑物（支撑物采用圆8钢筋）上，在浇筑混凝土时将帮好测温仪的支撑物植入混凝土中，温度传感器处于测温点位置，避免与底板内钢筋接触，影响测温。

（4）测温时间安排：砼浇筑前5天每2小时测一次，第四至第十五天每4小时测一次，第十五天后每6小时测一次，当混凝土内部温度与外界气温之差连续24小时小于25℃时可结束温度监测工作。同时应测大气温度并记录。

（5）混凝土测温监测由专人负责，每天出具大体积混凝土温度监测日报，监测日报交由技术负责人签阅，并作为对混凝土养护的依据。在测温过程中，发现混凝土表面和内部温差超过25度时及时采取保温措施以防止混凝土产生温度应力和裂缝。

4.5混凝土的养护

本工程一期混凝土施工处于春季，根据测温记录，当混凝土施工处于冬季施工时，混凝土浇筑后采用覆盖塑料薄膜及岩棉被的方式保温养护。常温混凝土采用覆盖洒水养护法，养护水采用降水井抽取的地下水，要保持混凝土表面处于湿润状态。混凝土终凝后浇水养护，确保混凝土内外温差不超过25℃。

4.6混凝土试块制作及养护

1、混凝土试块的留置

砼试块在浇筑地点随机取样制作。同一车运送的混凝土在浇筑地点入模前随机取样制作（而不应在泵车旁边），在卸料量的1/4至3/4之间采取。每次取样应至少留置一组标养试件，并留置适量的同条件养护试件用于结构实体检验及确定拆模时间。

2、抗压试块制作

100mm×100mm×100mm的标准试块，并标准养护60天。养护条件20±2℃，相对湿度95%以上。

3、留置数量

同一工程、同一配合比混凝土连续浇注超过1000m3，每200m3做一组标准抗压试块，做二组抗冻试块；连续浇注少1000m3，100m3作一组，做二组抗冻试块；同一工程同一配比，抗渗试块不少一组；抗渗试块同一配合比每500m3作一组。

结束语

总之,大体积混凝土是目前施工中应用较多的一项新技术,只要严格施工规范,在优化配合比设计,改善施工工艺,提高施工质量,做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施,坚持严谨的施工组织管理,完全可以保证大体积混凝土施工质量的控制措施。

附 录

[参考文献]

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