建筑施工中的大体积混凝土施工技术

　　摘要：大体积混凝土的最主要特点，是以大区段为单位进行施工，施工体积厚大，由此带来的问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，由此产生的内部的热量又不易导出，造成较大的内外温差，加之混凝土早期的抗拉强度低，弹性模量小，致使混凝土开裂，影响工程质量。本文对大体积混凝土施工中的主要技术难点进行了简要的阐述，提出了混凝土配合比设计、测温养护的一些可供借鉴的方法。
　　关键词：大体积混凝土，裂缝，降温养护，施工工艺
　　大体积混凝土施工的主要技术难点是防止混凝土表面裂缝的产生。造成大体积混凝土开裂的主要原因是干燥收缩和降温收缩。处于完全自由状态下的混凝土，出现再大的均匀收缩，也不会在内部产生拉应力。当混凝土处在地基等约束条件下时，内部就会产生拉应力，当拉应力超过当时混凝土的抗拉强度时，混凝土就会开裂。
　　一、大体积混凝土的开裂起因与防裂问题
　　因为混凝土是热的不良导体，散热很慢，浇筑后，大体积混凝土内部温度远较外部高，形成较高的温差，造成内胀外缩，使外表产生很大拉应力而致开裂，因此，如何减少内外温差是一个重要问题。对于大体积混凝土的温度控制，主要考虑三个特征值：浇筑温度Tp；最高温度Tm=Tp+Tr(Tr为混凝土的水化热温升)；最终稳定温度Tf。因此混凝土内外所形成的温差为：
　　△T=Tp+Tr-Tf
　　Tf主要取决于环境及保温措施等条件，而且受气候的影响很大，往往难以人为控制，所以要控制温差的主要途径是降低Tp和Tr。Tp越高，水泥的水化反应速度越快，如当Tp为20℃时，第一个24h内水泥水化产生了7d全部水化热的43%；当Tp为30℃时，第一个24h内水泥水化产生了7d全部水化热的62.5%，混凝土达到最高温度的时间缩短了，因而减少了可利用的散热时间，不利于降低混凝土的最高温度。Tp取决于各种原材料的初始温度，为了尽可能降低Tp，在搅拌混凝土时应对原材料进行降温或在环境温度较低的时间实行施工。Tr取决于水泥的性质和龄期，其关系式为：
　　
　　式中C0--单位水泥用量，kg/m3；
　　--混凝土的表观密度，kg/m3；
　　H0--水泥的水化热，J/kg；
　　Cc--混凝土的比热，J/kg•℃；
　　α--试验常数，与水泥的放热速率有关。概值为：中热硅酸盐水泥为0.9，普通水泥为1.0，早强水泥为1.2。
　　如果取Cc=0.88J/kg•℃，=2400kg/m3，则Tr=4.73×10-4C0H0()
　　即，水化热温升主要取决于水泥用量、水化热、水泥的性质与龄期。因此配制大体积混凝土时，要采用水化放热量和放热速率较低的水泥，并尽最大可能减少水泥用量，延缓水泥的水化放热速率，从而保证混凝土内部的水化热有足够时间散发出去，以降低内外温差。
　　二、降低大体积混凝土裂缝的技术措施
　　1、混凝土配合比设计
　　对配合比设计的主要要求是：既要保证设计强度，又要大幅度降低水化热；既要使混凝土具有良好的和易性、可泵性，又要降低水泥和水的用量。
　　1）选用水化热低的32.5MPa矿渣水泥，水泥用量仅为340kg/m3.
　　2）大掺量I级粉煤灰（国外高达30%）。掺量高达100kg/m3，占水泥用量的29%，占胶凝材料总量的21%.在大体积混凝土中掺粉煤灰是增加可泵性、节约水泥的常用方法。矿渣水泥本身就掺有20%一70%活性或惰性掺合料，再在矿渣水泥中掺近30%的粉煤灰，而且要配制大坍落度的C40混凝土，非常少见。这个掺量巳接近GBJ146-9.粉煤灰混凝土应用技术规范的规定的上限。
　　2、混凝土的浇筑方案选用
　　全面分层，采取二次振捣方案。混凝土初凝以后，不允许受到振动。混凝土尚未初凝（刚接近初凝再进行一次振捣，称二次振捣），这在技术上是允许的。二次振捣可克服一次振捣的水分、气泡上升在混凝土中所造成的微孔，亦可克服一次振捣后混凝土下沉与钢筋脱离，从而提高混凝土与钢筋的握裹力，提高混凝土的强度、密实性和抗渗性。
　　全面分层，二次振捣方案就是当下层混凝土接近初凝时再进行一次振捣，使混凝土又恢复和易性。这样，当下层混凝土一直浇完42m后，再浇上层，不致出现初凝现象。此方案虽然技术上可行，也有利于保证混凝土质量，但需要增加人力和振动设备，是否采用应做技术经济比较。
　　3、确定保温材料的厚度，预测混凝土表面温度
　　据公式（3）计算，混凝土中心最大温升达47.3℃，假如浇筑温度是30℃，混凝土中心温度将达77.3℃。如果环境平均温度Tq=（35+23）/2=29℃。两者平均温差将有48.3℃，这是无论如何不能允许的。解决办法是在混凝土开始降温时，在其表面覆盖保温材料，使表层混凝土温度提高，达到减小混凝土内表温差的目的。
　　一般规定：混凝土内表温差T1－T2≤25℃对于较厚的混凝土，此温差值可适当放宽。
　　由此可见，即使在炎热的夏季，大体积混凝上在降温阶段要“保温”养护。
　　经过计算，提出两种养护方案供施工时选择。
　　一种是盖一层塑料薄膜和一层3cm厚的防水岩棉被。
　　另一种是蓄水2cm－12cm养护，深度随当时混凝土内外温差增减。前者的优点是保温性能较好，可缩小混凝土内表温差，减慢降温速度，从而有利于混凝土抗裂，但缺点是可能因降温速度过慢而延长养护时间；但如遇环境温度骤降造成混凝土内表温差过大时，较难采取临时加强保温的措施。
　　实际施工中采用了第一种养护方案，养护效果很好。塑料薄膜很有效地保证了混凝土表面的潮湿，既保证了表层混凝土的强度增长，又使前3周的降温阶段不致出现干燥收缩，还保证了微膨胀剂充分发挥补偿收缩的作用。
　　岩棉被的效果也恰到好处，当混凝土表面温度过高，不利于降温时，局部揭开岩棉被加快降温。下过几场大雨后，岩棉被被水浸透，导热系数增大，使混凝土浇筑后3周的降温速度始终较好地控制在1.30C/d－1.50C/d范围之内。
　　三、大体积混凝土的施工工艺
　　大体积混凝土特有的主要技术问题，是水泥由于水化作用放出水化热而引起内部温升，以及随之而发生冷却差异而引起的温度应力。因此，大体积混凝土在浇筑施工时，应采取如下措施：
　　(1)分层浇筑混凝土，并控制浇筑层厚度和进度，以利散热。
　　(2)控制浇筑温度。如部分拌和用水以碎冰形式加进混凝土拌合物中，使现场新拌混凝土的温度被限制在6℃左右。但是，为了混凝土的均匀性，在搅拌终了以前，应使混凝土拌合物中所有的冰全部溶化。
　　(3)必要的时候可以预埋冷却水管，用循环水进行人工导热，以降低混凝土的内部温度。
　　(4)表面绝热。表面绝热的目的，不是限制温度上升，而是调节表面温度下降的速率，使混凝土由于表面与内部之间的温度梯度引起的应力差得以减少。尤其在冬天，必须减慢表面的热量损失，因此，要用绝热材料覆盖。
　　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，仔细落实每一个施工环节，认真妥善地作好浇筑完的保温工作，该项技术是完全可以取得满意的效果。
　　参考文献：
　　[1]程黛莱.大体积混凝土防裂施工技术措施的探讨[J].湖南交通科技,2002,(02).[2]李健华.大体积混凝土工程施工裂缝原因分析及预防措施[J].科技创新导报,2009,(05).[3]刘东波.论大体积混凝土施工中温度及收缩裂缝控制[J].现代商贸工业,2009,(03).

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