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Rock Street, San Francisco
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   在重大工程项目和高层建筑施工中,通常混凝土一次浇筑量较大,这种大体积混凝土的浇筑极易出现裂缝,如果施工中不加以控制,会产生许多严重的后果。所以,在浇筑大体积混凝土的施工,一定认真组织施工,合理安排施工工序,才能确保混凝土的质量。本文对大体积混凝土施工中的主技术难点进行了简的阐述,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。 
关键词裂缝;降温养护;浇筑方案 
1. 前言 
1.1大体积混凝土施工的主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。 
1.2混凝土中水泥水化用水大约只占水泥重量的20%,在混凝土浇筑硬化后,拌合水中的多余部分的蒸发将使混凝上体积缩小。混凝土干缩率大致在(2-10) ×10-4范围内,这种干缩是由表及里的一个相当长的过程,大约需4个月才能基本稳定下来。干缩在一定条件下又是个可逆过程,产生干缩后的混凝土再处于水饱和状态,混凝土还可有一定的膨胀回复。 
1.3值得注意的是早期潮湿养护对混凝土的后期收缩并无明显影响,大体积混凝土的保湿养护只是为了推迟干缩的发生,有利于表层混凝土强度的增长,以及发挥微膨胀剂的补偿收缩作用。 
1.4大体积混凝土浇筑凝结后,温度迅速上升,通常经3 d~5d达到峰值,然后开始缓慢降温。温度变化产生体积胀缩,线胀缩值符合△L=Lo· a·△T的规律,这里线胀缩值数取1 x 10-5(1/ 0C)。因为混凝土的特点是抗压强度高而抗拉强度低,而且混凝土弹性模量较低,所以升温时体积膨胀一般不会对混凝土产生有害影响。但在降温时其降温收缩与干燥收缩叠加在一起时,处于约束条件下的混凝土常常会产生裂缝,起初的细微裂缝会引起应力集中,裂缝可逐渐加宽加长,最终破坏混凝上的结构性、抗渗性和耐久性。 
1.5混凝土降温值=温度+水化热温升值-环境温度。其中温升值的影响因素主有水泥品种和用量、用水量、大体积混凝土的散热条件(主包括浇筑方法、混凝土厚度、混凝土各表面的能力和其它降温措施)等。 
2. 混凝土配合比设计 
对配合比设计的主求是既保证设计强度,又大幅度降低水化热;既使混凝土具有良好的和易性、可泵性,又降低水泥和水的用量。 
(1)选用水化热低的32.5 MPa矿渣水泥,水泥用量仅为340 Kg/ m3。 
(2)大掺量I级粉煤灰(国外高达30 %)。掺量高达100 Kg/ 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,而且配制大坍落度的C40混凝土,非常少见。这个掺量巳接近GBJ 146- 9。粉煤灰混凝土应用技术规范的规定的上限。 
3. 混凝土的浇筑方案选用 
(1)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。 
(2)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,但需增加人力和振动设备,是否采用应做技术经济比较。 
4. 预测温度、设计养护方案 
在约束条件和补偿收缩措施确定的前提下,大体积混凝土的降温收缩应力取决于降温值和降温速率。降温值=浇筑温度+水化热温升值-环境温度。 
为了防止大体积混凝土裂缝的产生,通过计算预测了混凝土的浇筑温度、混凝土温升值的可能产生应力,并据此制定了降低浇筑温度腔制温升值措施,预先制定减缓降温速率的方案和一旦出现意外情况的应急措施。 
4.1计算混凝土内最大温升。 
这个温度是昼夜平均浇筑温度,如果白天最高气温是35℃,这时的浇筑温度Tj = 31.4℃。为了降低Tj,采取如下措施料场石子进仓前用凉水冲洗,水泥在筒仓内存放15 d以上,晴天泵管用湿岩棉被覆盖,气温高时拌合水中加冰降温。其中,拌合水中加冰效果最好。 
可见,每使混凝土浇筑温度下降1℃,平均使拌合水温下降近6℃。使混凝土浇筑温度下降3℃,至少每m3混凝土加0℃冰40 Kg.无论如何,在工程中实际浇筑温度Tj,都不能超过32℃。 
5. 确定保温材料的厚度,预测混凝土表面温度 
5.1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“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3 cm厚的防水岩棉被。 
5.2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。 
5.3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。 
5.4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1.3 0C/d~1.5 0C/ d范围之内。 
6. 结语 
(1)基础大体积混凝土施工,一次浇筑量大,厚度大,强度等级高,在夏季炎热天气施工,技术难度大。混凝土浇筑后,经过3个星期保温保湿养护,效果理想。 
施工好超厚、高强度等级的大体积混凝土,关键有一个先进的混凝土配合比,有一套严谨的施工组织设计,有一套科学的养护工艺,有一种严谨的工作作风。 
(2)配制大体积混凝土,关键在于水化热低,大掺量I级粉煤灰和低用量的矿渣32.5 MPa水泥相结合是该工程成功的关键之一。它有效地降低了水化热,提高了可泵性,从而提高了表层混凝土的强度。 
在大体积混凝土的湿热养护条件下,混凝土早期强度发展得很好,有效地防止了混凝土裂缝的出现。 
微膨胀剂确实起到了补偿收缩作用。根据计算,自降温开始,混凝土表层就应该出现拉应力。可是在实测中,始终未测到拉应力。除混凝土松弛,养护阶段没发生干缩外,微膨胀剂功不可没。 
(3)大体积混凝土施工,养护和浇筑同样重。保湿是前提,控制降温速度是关键,监测是根据。 
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。 更多混凝土结构论文请参考http//www.starlunwen.net/hunningtujiegou/

  

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