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摘要：大体积混凝土施工技术难度大，若施工方法不当，易出现结构问题及混凝土的各种裂纹，本文从技术管理的角度提出了解决方案。
关键词：大体积 混凝土 裂纹
1 概述
在当前工业与民用建筑中,建筑物的高度越来越高,荷载越来越大，结构基础型式日趋复杂。箱形基础、筏板基础都具有较大的钢筋混凝土底板,还经常出现较大深梁等。因此,大体积混凝土在施工技术也越来越普及，本文根据哈尔滨龙垦麦芽工程中筒仓、工作塔、麦芽塔等工程中大体积混凝土施工经验，对大体积混凝土施工技术探讨。
2 大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土产生裂缝的主要原因是:由于结构断面大、水泥用量大,水泥水化时释放水化热会产生较大温差和收缩作用。由此形成较为复杂的膨胀或收缩应力,导致混凝土产生裂缝。所产生的裂缝主要有两类:1.表面裂缝:混凝土浇筑后,水泥水化放出热量较大,使混凝土温度上升。在混凝土内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将明显升高。而混凝土表面通常散热较快,形成内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土表面就会产生表面裂缝。
3 混凝土结构中的温度场
大体积混凝土内部最高温度由浇筑温度、水泥水化热引起温升和混凝土散热温度三部分组成。
3.1 混凝土绝热最高温升:假定混凝土周围没有任何散热条件、没有任何热损耗情况下,水泥和水化合后产生的反应热,全部转化为温升后的最后温度称为绝热最高温升,可按下列公式计算:
Tmax=W·Q/C·γ(1)
Tmax——最高绝热温升(℃)
W——每千克水泥水化热(J/kg)
Q——每立方米混凝土中水泥用量(kg/m3)
C——混凝土比热0.96×103J/kg·℃
γ——混凝土容重,取2400kg/m3
3.2 混凝土最高温升值:由于结构实际上都处于散热条件下,实际最高温度必然都小于绝对温升,计算最高温升值,可仅考虑单位水泥用量及混凝土浇筑温度这两个因素。
Tmax=To+Q/10 (2)
式中Tmax——混凝土内部最高温升值
To——混凝土浇筑温度
Q——每立方米混凝土中水泥用量(kg/m3)
Tmax=To+Q/10+F/50 (3)
式中F——每立方米混凝土中粉煤灰重量(kg/m3)。
在施工中,需测定浇筑后混凝土表面和内部温度,二者之间温差不宜超过25℃。
4 防止温度和收缩裂缝的技术措施
着重控制混凝土温升,延缓混凝土降温速度,减少混凝土收缩,提高混凝土极限拉伸值。改善约束程度和增加设计构造配筋,同时在大体积混凝土结构施工过程中进行温度监测。
4.1 控制混凝土温升:
1)选用低水化热水泥品种,例如:可以选用矿渣硅酸盐水泥。
2)外加剂掺合料:可掺用复合型外加剂及粉煤灰,以减少绝对用水量和水泥用量,改善混凝土和易性,延长缓凝时间。
3)骨料选择;原则是以自然连续级配粗骨料配制混凝土,可优选5-40mm不等,减少混凝土收缩,含泥量<1%,骨料中针片状颗粒含量<10%。细骨料选用中粗砂,含泥量<2%,这样可以减少用水量。
4)控制浇筑入模温度,最高浇筑温度应≯28℃。
4.2 延缓混凝土降温速度
1)混凝土保温保湿养护大体积混凝土浇筑以后,为了减少升温阶段内
外温差,防止产生裂缝,应给予正当保温养护和潮湿养护。在潮湿条件下可防止混凝土表面脱水产生干缩裂缝,使水泥顺利进行水化,提高混凝土极限拉伸值。对混凝土进行保温、保湿养护,可使混凝土水化热降温速度延缓,减少结构内外温差,防止产生过大的温度应力和产生温度裂缝。
2)养护材料选择。对于大面积底板面,应先铺一层塑料薄膜后,铺草袋或麻袋做保温、保湿养护。必须根据混凝土内表温和降温速度及时调整养护措施,养护时间应不小于14d。
4.3 减少大体积混凝土收缩,提高混凝土极限拉伸值。
1)混凝土配合比:采用泵送混凝土,砂率为40%-43%,在满足可泵性的前提下,应尽量降低砂率。粗骨料中针片状颗粒含量≯10%,中砂通过0.315mm筛孔的砂不小于15%。泵送混凝土宜掺适量粉煤灰,坍落度在满足泵送条件下尽量选小值,以减少收缩变形。
2)混凝土施工:采用斜面分层连续浇筑,不出冷缝。对大面积板面应去除浮浆,实行二次压面,以减少表面的收缩裂缝,并排除混凝土在振捣过程中泌水。
4.4 设计构造上的改善在结构应力集中部位,加抗裂钢筋,做局部加强处理,以防止裂缝的开展。
4.5 施工温度监测工作
为了解决大体积混凝土水化热造成不同深度处温度场的变化规律,应采取措施随时监测混凝土内部温度情况,我公司与黑龙江低温建筑科学研究所合作，采用其先进的电子测温技术。
5 工程实例
以我公司施工的龙垦麦芽筒仓工程为实例,基础底板厚1.8m,属大体积混凝土。此基础底板长80m,宽42m,在中间位置设置一道宽2.0m加强带,混凝土强度等级C30。由于在施工过程中采取了多种措施,底板施工完成后,基础上未出现裂缝。下面针对该工程简要说明施工中主要控制措施(工程要点):
5.1 料具准备:插入式振捣器6台,振捣棒10条,麻袋、塑料薄膜、温度计、木抹子。
5.2 技术要求:基础底板采用商品混凝土浇筑,地泵输送。针对本工程特点在对商品混凝土厂家的技术合同中重点考虑了以下问题:
1)采用了低水化热的32.5矿渣硅酸盐水泥。
2)细骨料使用中砂。
3)粗骨料采用5-31.5mm的碎石,要求石子中针片状颗粒含量≯10%。并控制粗骨料中含泥量<1%,细骨料中含泥量<2%。
4)泵送混凝土砂率为40%,水灰比为0.45。
5)在混凝土中要求掺加II级粉煤灰,达到减少相应含量的水泥。取代水泥百分率为10%,并按配合比掺加UEA-M微膨胀剂(低碱)。
6)要求商品混凝土厂家在拌制前进行试配,混凝土到场前提供混凝土配合比单。
8)提出本工程混凝土初凝时间为4h。
9)坍落度要求控制在16±2cm之间。
5.3混凝土现场浇筑
1)浇筑条件;底板钢筋已绑扎完毕,经验收后办理完隐检手续。商品混凝土运至现场,技术资料齐全,检查坍落度。
2)混凝土浇筑:混凝土利用地泵进行浇筑,采用斜面分层的原则。利用混凝土自然流淌形成斜坡,每层厚45cm左右。使用Φ50的振动棒斜插振捣与混凝土流淌面垂直,振捣工作从下面开始,分为上、中、下3个部位。振捣上层混凝土时,振捣棒插入下层混凝土>5cm,振捣棒移动间距400mm左右。振捣棒快插慢拨,振至表面出浮浆且不下陷为好。2层混凝土浇筑时间间隔不应大于4h。混凝土浇筑5h后,按底板上皮标高用刮杠刮平,并用木抹子反复搓压。
5.4 混凝土养护及测温
1)底板混凝土要派专人进行养护工作,养护时间14昼夜,要求保持混凝土表面有充分的水分。采用先铺一层塑料薄膜后加铺二层麻袋做保温、保湿养护。
2)测温孔应沿底板对称轴布置,两孔的间距为3m。孔深为:10cm和55cm间隔布置,测温时间从混凝土初凝后开始,每4h一次,控制混凝土中心温度和表面温度之差<25℃。混凝土中心温度基本上同混凝土表面温度一致时,停止测温。测温工作由黑龙江低温建筑科学研究安排专人进行,做好了计算机进行详细的测温记录,最后底板混凝土施工完成后,未出现裂缝。
总之,在大体积混凝土施工中,加强施工管理,采取必要的技术措施,严格控制内外温差,是能够确保混凝土质量的。
参考文献：
［1］《建筑施工手册（第二版）编写组》．建筑施工手册.北京：中国建筑工业出版社．
［2］中国建筑工业出自社编辑部现行建筑施工规范大全.北京.中国建筑工业出版社
［3］浙江省土木建筑学会施工学术委员会.基础工程施工实例.浙江．浙江大学出版社
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
关键词：大体积 混凝土 裂纹
1 概述
在当前工业与民用建筑中,建筑物的高度越来越高,荷载越来越大，结构基础型式日趋复杂。箱形基础、筏板基础都具有较大的钢筋混凝土底板,还经常出现较大深梁等。因此,大体积混凝土在施工技术也越来越普及，本文根据哈尔滨龙垦麦芽工程中筒仓、工作塔、麦芽塔等工程中大体积混凝土施工经验，对大体积混凝土施工技术探讨。
2 大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土产生裂缝的主要原因是:由于结构断面大、水泥用量大,水泥水化时释放水化热会产生较大温差和收缩作用。由此形成较为复杂的膨胀或收缩应力,导致混凝土产生裂缝。所产生的裂缝主要有两类:1.表面裂缝:混凝土浇筑后,水泥水化放出热量较大,使混凝土温度上升。在混凝土内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将明显升高。而混凝土表面通常散热较快,形成内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,混凝土表面就会产生表面裂缝。
3 混凝土结构中的温度场
大体积混凝土内部最高温度由浇筑温度、水泥水化热引起温升和混凝土散热温度三部分组成。
3.1 混凝土绝热最高温升:假定混凝土周围没有任何散热条件、没有任何热损耗情况下,水泥和水化合后产生的反应热,全部转化为温升后的最后温度称为绝热最高温升,可按下列公式计算:
Tmax=W·Q/C·γ(1)
Tmax——最高绝热温升(℃)
W——每千克水泥水化热(J/kg)
Q——每立方米混凝土中水泥用量(kg/m3)
C——混凝土比热0.96×103J/kg·℃
γ——混凝土容重,取2400kg/m3
3.2 混凝土最高温升值:由于结构实际上都处于散热条件下,实际最高温度必然都小于绝对温升,计算最高温升值,可仅考虑单位水泥用量及混凝土浇筑温度这两个因素。
Tmax=To+Q/10 (2)
式中Tmax——混凝土内部最高温升值
To——混凝土浇筑温度
Q——每立方米混凝土中水泥用量(kg/m3)
Tmax=To+Q/10+F/50 (3)
式中F——每立方米混凝土中粉煤灰重量(kg/m3)。
在施工中,需测定浇筑后混凝土表面和内部温度,二者之间温差不宜超过25℃。
4 防止温度和收缩裂缝的技术措施
着重控制混凝土温升,延缓混凝土降温速度,减少混凝土收缩,提高混凝土极限拉伸值。改善约束程度和增加设计构造配筋,同时在大体积混凝土结构施工过程中进行温度监测。
4.1 控制混凝土温升:
1)选用低水化热水泥品种,例如:可以选用矿渣硅酸盐水泥。
2)外加剂掺合料:可掺用复合型外加剂及粉煤灰,以减少绝对用水量和水泥用量,改善混凝土和易性,延长缓凝时间。
3)骨料选择;原则是以自然连续级配粗骨料配制混凝土,可优选5-40mm不等,减少混凝土收缩,含泥量<1%,骨料中针片状颗粒含量<10%。细骨料选用中粗砂,含泥量<2%,这样可以减少用水量。
4)控制浇筑入模温度,最高浇筑温度应≯28℃。
4.2 延缓混凝土降温速度
1)混凝土保温保湿养护大体积混凝土浇筑以后,为了减少升温阶段内
外温差,防止产生裂缝,应给予正当保温养护和潮湿养护。在潮湿条件下可防止混凝土表面脱水产生干缩裂缝,使水泥顺利进行水化,提高混凝土极限拉伸值。对混凝土进行保温、保湿养护,可使混凝土水化热降温速度延缓,减少结构内外温差,防止产生过大的温度应力和产生温度裂缝。
2)养护材料选择。对于大面积底板面,应先铺一层塑料薄膜后,铺草袋或麻袋做保温、保湿养护。必须根据混凝土内表温和降温速度及时调整养护措施,养护时间应不小于14d。
4.3 减少大体积混凝土收缩,提高混凝土极限拉伸值。
1)混凝土配合比:采用泵送混凝土,砂率为40%-43%,在满足可泵性的前提下,应尽量降低砂率。粗骨料中针片状颗粒含量≯10%,中砂通过0.315mm筛孔的砂不小于15%。泵送混凝土宜掺适量粉煤灰,坍落度在满足泵送条件下尽量选小值,以减少收缩变形。
2)混凝土施工:采用斜面分层连续浇筑,不出冷缝。对大面积板面应去除浮浆,实行二次压面,以减少表面的收缩裂缝,并排除混凝土在振捣过程中泌水。
4.4 设计构造上的改善在结构应力集中部位,加抗裂钢筋,做局部加强处理,以防止裂缝的开展。
4.5 施工温度监测工作
为了解决大体积混凝土水化热造成不同深度处温度场的变化规律,应采取措施随时监测混凝土内部温度情况,我公司与黑龙江低温建筑科学研究所合作，采用其先进的电子测温技术。
5 工程实例
以我公司施工的龙垦麦芽筒仓工程为实例,基础底板厚1.8m,属大体积混凝土。此基础底板长80m,宽42m,在中间位置设置一道宽2.0m加强带,混凝土强度等级C30。由于在施工过程中采取了多种措施,底板施工完成后,基础上未出现裂缝。下面针对该工程简要说明施工中主要控制措施(工程要点):
5.1 料具准备:插入式振捣器6台,振捣棒10条,麻袋、塑料薄膜、温度计、木抹子。
5.2 技术要求:基础底板采用商品混凝土浇筑,地泵输送。针对本工程特点在对商品混凝土厂家的技术合同中重点考虑了以下问题:
1)采用了低水化热的32.5矿渣硅酸盐水泥。
2)细骨料使用中砂。
3)粗骨料采用5-31.5mm的碎石,要求石子中针片状颗粒含量≯10%。并控制粗骨料中含泥量<1%,细骨料中含泥量<2%。
4)泵送混凝土砂率为40%,水灰比为0.45。
5)在混凝土中要求掺加II级粉煤灰,达到减少相应含量的水泥。取代水泥百分率为10%,并按配合比掺加UEA-M微膨胀剂(低碱)。
6)要求商品混凝土厂家在拌制前进行试配,混凝土到场前提供混凝土配合比单。
8)提出本工程混凝土初凝时间为4h。
9)坍落度要求控制在16±2cm之间。
5.3混凝土现场浇筑
1)浇筑条件;底板钢筋已绑扎完毕,经验收后办理完隐检手续。商品混凝土运至现场,技术资料齐全,检查坍落度。
2)混凝土浇筑:混凝土利用地泵进行浇筑,采用斜面分层的原则。利用混凝土自然流淌形成斜坡,每层厚45cm左右。使用Φ50的振动棒斜插振捣与混凝土流淌面垂直,振捣工作从下面开始,分为上、中、下3个部位。振捣上层混凝土时,振捣棒插入下层混凝土>5cm,振捣棒移动间距400mm左右。振捣棒快插慢拨,振至表面出浮浆且不下陷为好。2层混凝土浇筑时间间隔不应大于4h。混凝土浇筑5h后,按底板上皮标高用刮杠刮平,并用木抹子反复搓压。
5.4 混凝土养护及测温
1)底板混凝土要派专人进行养护工作,养护时间14昼夜,要求保持混凝土表面有充分的水分。采用先铺一层塑料薄膜后加铺二层麻袋做保温、保湿养护。
2)测温孔应沿底板对称轴布置,两孔的间距为3m。孔深为:10cm和55cm间隔布置,测温时间从混凝土初凝后开始,每4h一次,控制混凝土中心温度和表面温度之差<25℃。混凝土中心温度基本上同混凝土表面温度一致时,停止测温。测温工作由黑龙江低温建筑科学研究安排专人进行,做好了计算机进行详细的测温记录,最后底板混凝土施工完成后,未出现裂缝。
总之,在大体积混凝土施工中,加强施工管理,采取必要的技术措施,严格控制内外温差,是能够确保混凝土质量的。
参考文献：
［1］《建筑施工手册（第二版）编写组》．建筑施工手册.北京：中国建筑工业出版社．
［2］中国建筑工业出自社编辑部现行建筑施工规范大全.北京.中国建筑工业出版社
［3］浙江省土木建筑学会施工学术委员会.基础工程施工实例.浙江．浙江大学出版社
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”