大体积混凝土结构施工技术在土木工程建筑中的应用分析

文／王纬卿 枣庄拓宇置业有限公司 山东枣庄 277000

钟以聪 枣庄市工程建设监理有限公司 山东枣庄 277000

引言：

随着城市规模不断扩大，新建工程数量也随之增多，并且多数为大规模、多功能的建筑形式，这也使得大体积混凝土结构施工技术应用越来越广泛。大体积混凝土结构，顾名思义是比普通混凝土结构体积更大的混凝土结构，其结构承受荷载量更大，更容易产生水化热现象，从而增加裂缝生成率。因此，大体积混凝土结构施工整体性要求高、技术要求高，想要保证土木工程整体施工质量，就必须要加强大体混凝土结构施工技术控制，最大程度上减少裂缝生成率。此外，还需要结合工程建设实际要求做好施工方案设计工作，在施工现场加强质量管理，第一时间发现问题、第一时间解决问题，保证大体积混凝土结构的整体施工效益。

1.大体积混凝土结构相关阐述

大体积混凝土结构是实体几何尺寸不小于1m 的大体量混凝土结构[1]。当代高层建筑、大型建筑、综合体建筑施工中均会涉及到大体积混凝土结构，其最大特点就是体积大、断面大（各面几何尺寸均在1m 以上），也正是由于该特性，导致大体积混凝土结构水化热过于集中、内部温度难以排出。一旦混凝土结构内外温差过大，收缩应力大于抗拉应力，就会生成温度裂缝，轻则影响建筑工程美观性、重则影响土木工程结构的稳定性。

2.大体积混凝土结构出现裂缝的主要原因

2.1 水泥水化热

水泥作为一种不稳定材料，遇水会产生水化热化学反应，生成大量的热能。大体积混凝土结构断面厚度通常在1m 以上，大体积结构让内部水化热反应更加剧烈，且释放热量难以外排，集中在结构内部区域，而混凝土结构表面受到环境温度影响会快速排热。出现内部温度高、外部温度低的温差梯度，而温差梯度大小是影响裂缝生成的重要因素[2]。

2.2 外界温度变化

混凝土对环境温度变化十分敏感，再加上大体积混凝土由于工作量大，整个浇筑时间较长，在此期间周围环境可能会出现较大波动情况。一旦周围环境温度迅速下降，则表面温度也会随之降低，内部温度几乎不受影响，产生较大的内外温差和内外温度应力，温差越大越容易产生裂缝问题。

2.3 混凝土自收缩

2.3.1 水泥因素

水泥是混凝土结构的重要原材料，不同水泥的特性也存在差异，每种水泥都有自身的使用性能，其自收缩力也不同。通常情况下，早强水泥、铝酸盐水泥自收缩值更大一些，中低热水泥自收缩值更小一些，而矿渣水泥在使用前期自收缩值较小，使用后期自收缩性较大。此外，不同细度的水泥其自收缩值也存在差异，水泥细度越大，其早期自收缩值就越大。

2.3.2 外加剂因素

为了缓解水泥的自收缩值，通常会通过加入高效减水剂提高流动系数，但所添加的各个类型、各个品牌减水剂对自收缩控制差距较小。一般情况下，减水剂可减少水泥50%的自收缩值，这是因为减水剂可以降低毛细水表面张力。膨胀剂不同种类对减少自收缩值的作用存在较大差异，如氧化钙类型膨胀剂主要功能是减少全周期自收缩值，还有一些膨胀剂主要作用于早期自收缩值控制，对后期结构自收缩值作用不大。

2.3.3 矿物掺和料因素

当前建筑行业都在朝向绿色建筑方向发展，很多工程都在混凝土材料中添加矿物材料，从而减少其他原材料加入比例。如果单位面积矿渣添加量在400 m2/kg 时，随着矿渣添加量增加其120 天内自收缩应力也会随之增大，在单位面积矿渣添加量在338 m2/kg 时，其120 天内自收缩应力则不会随之变大。硅灰添加值与混凝土自收缩值成正比，硅灰比值越大、自收缩值越大。粉煤灰添加比例与混凝土自收缩值成反比，粉煤灰添加比重越大、自收缩值越小，特别是混凝土浇筑早期阶段，其控制自收缩性能十分明显，但粉煤灰占比超过1/5 后，自收缩值减少效果变差。可见，矿物掺和料可以影响混凝土的自收缩值，错误使用矿物材料不仅在控制自收缩值方面作用不明显，同时还会影响混凝土整体性能。

2.3.4 其他

水泥自收缩值的最大影响因素是温度，特别是超出15-40℃温度范围，对水泥自收缩值和自收缩速度影响非常大。减少水灰比也会影响自收缩值和自收缩速度。混凝土养护也是控制裂缝的重要环节，如果养护不及时，会加大温度对混凝土结构的影响。骨料占比也会影响混凝土的自收缩值，二者成反比关系，并且不同骨料对混凝土自收缩值影响也存在差异，人工骨料制作的混凝土要比自然骨料制作的混凝土自收缩值更低，而轻骨料由于密度较低、含水率较高，也会增大混凝土自收缩值[3]。

2.4 结构材料

结合建筑行业提出的相关标准施工是保证工程质量的基本要求，特别是大体积混凝土结构材料质量，会直接影响混凝土结构整体质量的根本原因。部分施工单位为了控制施工成本，在材料选择中以低价材料为主，某些材料无法达到设计标准，如砂石骨料含水量过高，且没有做好含水量监测，从而导致混凝土强度达不到施工要求。

3.大体积混凝土结构施工技术在土木工程中的应用

3.1 工程概况

某综合体建筑是集商业、办公公寓为一体的现代化建筑，包括办公区域、住宅区域、地下车库等，建筑总面积达到了2.4 万m2。该建筑为钢筋混凝土剪力墙结构，基础底板厚度为250mm、混凝土总方量为800 m2以上，是典型的大体积混凝土结构。工程设计要求大体积混凝土连续浇筑时间在27 小时内。因此，在工程前期组织设计中，重点从固定地泵、配备运输罐车、商品混凝土供给、行车路线优化、浇筑组预备、设备安排、浇筑分区、分层设计等诸多方面着手控制，认真布置施工现场、安排现场质量管理，预计混凝土浇筑速度达到30m3/h 以上，27 小时内连续浇筑完成最终任务。

3.2 施工准备工作

相比普通的混凝土建筑结构，大体积建筑结构施工技术要求更高，特别是要注重因水化热引起温差变化而产生的裂缝问题。所以在前期准备工作上应从材料选择、混凝土配比、施工现场处理等方面着手，从而取确保大体积混凝土结构顺利施工[4]。

3.2.1 材料选择

（1）水泥。在水泥选择中，考虑到普通水泥具有较高的水化热，在大体积混凝土结构中热量难以排出，导致结构内部温度过高，与表面结构温差较大增加内部应力，从而增加裂缝生成率。因此本工程选用硅酸盐水泥（水化热较低），水泥标高为P·O42.5，并加入一定量的外加剂提升混凝土性能，强化抗渗能力。

（2）粗骨料。本工程粗骨料选用5-25mm、含泥量低于1%的碎石。碎石粒径较大、级配较好，可提升混凝土抗压强度与和易性，并且有助于降低水泥、水用量，控制混凝土整体的水化热和自收缩值。

（3）细骨料。本工程细骨料选用粒径在0.5mm以上、含泥量低于5%的中砂。采用平均粒径较大的中、粗砂制备混凝土，可有效减少10%的用水量和水泥量，降低混凝土水化热和自收缩值。

（4）粉煤灰。上文所述可知，加入适量的粉煤灰可提升混凝土整体性能。本工程采用了泵送浇筑方案，这就需要提升混凝土和易性，添加适量的粉煤灰。行业规定大体积混凝土结构施工中粉煤灰取替硅酸盐水泥量最大值为25%。粉煤灰可强化混凝土性能已经成为行业共识，但也不能过量掺入，否则会起到反向作用降低混凝土早期抗拉性能，提高裂缝生成率，因此本工程设计粉煤灰用量为8%，采用外掺法（不减少水泥用量）[5]。

（5）外加剂。本工程设计没有提到外加剂使用要求，结合以往工程施工经验以及对比分析，混凝土膨胀剂用量为2kg/m3，从而降低水化热峰值，起到自收缩值的补偿功能，降低裂缝生成率。

3.2.2 混凝土配合比

本工程混凝土制作在搅拌站统一完成，因此按照设计标准提出混凝土制作技术标准，提前做好试配工作，并确定最终配比值。粉煤灰由于采用的是外掺法，在不减少水泥用量的基础上，替换同体积的砂料。

3.2.3 现场准备工作

分段进行底板钢筋、墙柱插筋施工，提前做好隐蔽工程的验收。基础底板积水坑用木模板支模。在墙柱钢筋上标注底板标高，用于浇筑找平。提前准备好塑料薄膜、草席等材料，用于预埋测温管和养护保温。项目经理负责做好现场水电准备工作，用于施工照明和混凝土结构振捣。做好施工小组、管理小组、后勤小组、保卫小组的排班工作，落实岗位责任、明确工作内容，确保后续工作可以顺利进行。

3.3 大体积混凝土温度与温度应力

为了保证本工程大体积混凝土整体施工质量，应控制基础底板混凝土温度，设置好测温设置。基础底板混凝土中心点水化热温度峰值通常略低于绝热温升值，通常在浇筑后3 天达到最高热值，后期温度逐渐趋于平稳下降趋势。结合规定标准，养护阶段应结合周围环境温度采取对应保护措施，定测混凝土结构内部和表面温度，尽可能减少内外温度差。在无具体内外温差要求时，将内外最大温差控制在25℃以内[6]。本工程设计阶段没有提出混凝土结构内外温差标准值，则按照不超过25℃标准执行。如果结构表面温度较低，可以适当加厚保温层。

3.4 大体积混凝土施工

3.4.1 施工顺序

本工程采用由西向东连续浇筑施工方法，其具体流程为：（1）布设汽车泵；（2）验收混凝土，且要求质量达标；（3）开启、泵送砂浆、润管；（4）混凝土连续浇筑；（5）混凝土振捣；（6）推进作业面；（7）振捣循环，结构表面整平、压实、抹光；（8）二次整平、压实、抹光；（9）混凝土养护；（10）测温与温控。

3.4.2 混凝土浇筑

混凝土采用专业的运输罐车运输，并配备一台输送泵，提高浇筑效率。泵送混凝土厚度控制在500mm 以内。本工程采用推移式连续浇筑施工，进行分层、分段浇筑。根据横截面大小确定分段数量，在横截面不超过200 m2时，分段不超过2 段；在桁架面不超过300 m2时，分段不超过3 段，保证每段面积不低于50 m2。每段施工厚度控制在1.8m 左右。本工程外墙根部施工缝设置在底板上30cm 位置，该区域设有钢管、梯子筋、止水带，因此泵送下料应从两侧进行，避开中心位置，且要求振捣施工更加慢速、细致。防水混凝土抗渗试块要求不低于2 组，考虑本工程量并不大，采用2 组试块进行防水试验。

本工程为定点下料，从两侧向中心的顺序对称振捣，控制振捣棒插入深度，不得触碰钢筋。混凝土振捣过程中要求振动棒上下小幅度抽动，可保证振捣的均匀度，振捣时间控制在20-30s/次范围内，判断标准为砂浆表面无气泡产生、均匀溢浆。技术人员按照施工方案指定振捣次序，每次移动距离不超过振捣棒有效作用半径的1.25 倍，本工程移动量为35cm 左右。振捣棒应“快插慢拔”，保证振捣密实度，按照“先下后上”的顺序振捣，可防止“松顶”问题[7]。

大体积混凝土浇筑与振捣时可能会出现泌水情况，从而影响混凝土结构强度。对此需采用排水、消除泌水措施。上涌泌水会顺着结构坡度流入到坑底，具体可根据流水情况，将其排放到电梯井或集水坑中，并使用排水泵抽走，局部难以排除或少量泌水可用吸水海面去除。

考虑到大体积混凝土坍落度相对较高，容易在表面钢筋底部形成分水或钢筋上部混凝土生成细小裂缝。为了减少这种现象发生，在完成浇筑且初凝前以及混凝预沉后进行二次平整表面、压实。混凝土泵送、振捣的表面厚度较大，增加了裂缝生成率。对此，应控制最上层混凝土振捣时间，避免时间过长产生厚浮浆层，完成振捣后使用括尺刮除表面浮浆层，按照标准的标高控制点整平表面。对于凹陷部位应用相同配比混凝土填充、抹平。混凝土初凝前进行二次抹光，仔细打磨平整、保证平整度，这样可让初凝前产生的细小裂缝闭合。混凝土凝固期间除了必要的施工工序，不得在表面上施加应力，完成收浆工作后覆盖保温层进行养护。

3.4.3 混凝土测温

在底板浇筑过程中应设有专人负责测温管预埋工作，测温设计图布置测温线路，并与钢筋绑扎，保证绑扎牢固性，避免出现移动情况。为了同时测试浅层、深层混凝土温度，每组设置2 根长度不同的测温线。测温线应使用保护措施避免触头部位受潮锈蚀。在测温线附近做好标志，如设置木块，方便维护期间找寻。派专人负责测温工作，并落实好技术要求和岗位内容，全天分2 班开展测温作业。每个测温孔位均要定期检测，并填写好测温记录信息。测温工作要求连续进行，待到养护完毕后进行最后一次测温，由技术负责人检验合格后方可停止测温。在测温期间一旦产生异常波动，如温差达到25℃及以上，则要及时联系负责人和技术人员，并探究具体原因，及时采取解决措施[8]。

3.4.4 混凝土养护

混凝土浇筑过程中二次抹面压实是最后一道工序，完成之后立即开展保温工作。先在混凝土表面覆盖一层草席，再覆盖一层塑料薄膜，起到双层保温作用。覆盖草席和塑料薄膜可避免表面水分流失过快生成裂缝。保温养护重点和难点是墙柱插筋位置，要检查覆盖处是否有遗漏情况，避免受冻或温差过大。待到达到养护时间，经测温小组检测内外温度差达标后即可逐渐撤掉塑料薄膜和草席。

3.5 质量控制管理措施

主要管理措施如下：

（1）制作混凝土的所有原材料均进行质量检验，检验合格后再投入使用，不合格产品批量退回。注意各项原材料的使用温度，保证实际入模温度与理论温度相差不大。

（2）混凝土制作中由专人负责添加外加剂，严格按照设计标准和使用说明控制用量。

（3）逐车检查商品混凝土质量，测定温度、坍落度，确保与试验制备混凝土标准相同，严禁施工现场对混凝土临时加水[9]。

（4）保持混凝土连续浇筑，间歇最大时间为4 小时，在混凝土表面温度达标后再进行下一层混凝土浇筑。

（5）设置专人负责混凝土测温与养护，做到及时发现问题，及时向项目负责人报告。

（6）将基槽内杂质全部清除干净后再进行混凝土浇筑施工。

3.6 安全文明施工

安全文明施工主要表现以下几点：

（1）现场所有施工人员、管理人员、技术人员均要配备防护措施。

（2）振捣人员应佩戴防护手套，2 人一组，一人持振动棒、一人观察电机，根据顺序挪动电机，严禁拖拉损坏电线。

（3）检查漏电保护器是否有效，电机外壳做好接零保护，架管和钢筋上不得搭接、捆绑电线，避免磨破漏电。

（4）及时安排人员清理施工现场的落地灰、混凝土块、木块等杂质，保证现场干净整洁。

（5）项目负责人安排并指挥罐车入场，夜间不得鸣笛影响周围居民休息，进场不得行驶过快，避免引发交通事故。

结语：

综上所述，大体积混凝土结构在土木工程领域中应用十分广泛，为了保证大体积混凝土结构施工质量、减少裂缝生成率，必须要做好前期准备工作，严格按照设计标准、施工方案开展作业。在施工中，应做好现场质量管理和技术指导工作，严控每道施工工序，及时发现问题及时解决问题。完成浇筑后立即保养，实施监控混凝土结构内外温差，这样才能够保证大体积混凝土整体施工质量。