大体积混凝土施工中容易出现的问题及质量控制.docx

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大体积混凝土施工中容易出现的问题及质量控制

毕业论文（设计）

题目：

大体积混凝土施工中容易出现的问题及质量控制

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二零一七年三月

摘要

大体积混凝土:

混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。

近年来，随着建设事业的快速发展，高层建筑工程、地下建筑工程呈现项目多、规模大，相应大体积钢筋混凝土工程也越来越多地被采用。

在对大体积混凝土施工管理中发现，大体积混凝土还处于起步发展阶段，对其构造特点、所用材料特性和施工工艺要求，特别是对大体积混凝土裂缝的防治，还处于不断探索、不断深化的过程中。

本文系统地分析了大体积混凝土裂缝产生原因,在理论联系实际中探讨了大体积混凝土裂缝的防治措施，总结大体积混凝土浇筑方案,从而实现大体积混凝土成功浇筑的案例.

关键词：

大体积混凝土温差开裂控制

第1章绪论

从不同的国家来看，各国的规范对混凝土构筑物的裂缝都有不同的控制范围和要求，要保证混凝土构筑物不出现裂缝可以说是不可能的.在我国,对在不同环境下混凝土构筑物，在不同的介质情况下，所规定的混凝土裂缝宽度也不同.所以说,对混凝土构筑物的裂缝我国规范规定在设计上有一定的允许宽度。

国际上也都根据本国的特点，对混凝土的裂缝都有明确的规定，说明混凝土结构的裂缝在一定范围内是允许的，要想控制混凝土构筑物不裂缝是很难的，关键是怎么控制能让在施工中尽量小产生裂缝和把裂缝的宽度应该控制在什么范围内，能使我们在施工中不受经济损失.

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,一定要认真组织施工，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裂缝产生的原因及防治措施，大体积混凝土施工方案及施工主要技术难点进行了简要的阐述，以供讨论。

第2章大体积混凝土裂缝产生原因

2。

1前言

近年来，随着国民经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大，大型现代化技术设施或构筑物不断增多，而混凝土结构以其材料廉价物美、施工方便、承载力大、可装饰强的特点，日益受到人们的欢迎,于是大体积混凝土逐渐成为构成大型设施或构筑物主体的重要组成部分。

所谓大体积混凝土,一般理解为尺寸较大的混凝土,美国混凝土学会给出了大体积混凝土的定义：

任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂影响的,即称为大体积混凝土。

这就提出了大体积混凝土开裂的问题，开裂问题是在工程建设中带有一定普遍性的技术问题，裂缝一旦形成,特别是基础贯穿或者裂缝出现在重要的结构部位,危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力,同时会可能危害到建筑物的安全使用.所以如何采取有效措施防止大体积混凝土的开裂,是一个值得关注的问题。

2.2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。

造成大体积混凝土开裂的主要原因是温度应力和收缩引起的裂缝。

2。

2.1温差裂缝

　　混凝土内外部温差过大会产生裂缝。

主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。

特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝.

　　大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑.浇筑后，水泥因水化引起水化热，由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度将显著升高，而其表面则散热较快，形成了较大的温度差,使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。

此时，混凝龄期短，抗拉强度很低.当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度,则会在混凝土表面产生裂缝。

2。

2。

2收缩裂缝

　　混凝土的收缩引起收缩裂缝。

收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量，用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大.选用水泥品种的不同，干缩、收缩的量也不同。

　　混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力.如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。

在大体积混凝土里，即使水灰比并不低，自身收缩量值也不大，但是它与温度收缩叠加到一起，就要使应力增大，所以施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。

第3章大体积混凝土裂缝防治措施

3。

1设计措施

　　1）精心设计混凝土配合比.在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量,采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。

　　2）增配构造筋提高抗裂性能。

配筋应采用小直径、小间距。

全截面的配筋率应在0.3—0.5%之间

3）避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

　　4）在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸.

5）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，保留时间一般不小于60天。

如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

3。

2施工措施

3.2。

1优选混凝土各种原材料

a、水泥的选择

理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量.因此在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥，并尽量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温升,提高混凝土硬化后的体积稳定性.为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失，可适度增加活性细掺料替代水泥。

b、骨料的选择

　　在选择粗骨料时，可根据施工条件，尽量选用粒径较大、质量优良、级配良好的石子。

既可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量,还可以减小混凝土的收缩和泌水现象.

　　在选择细骨料时，采用平均粒径较大的中粗砂，从而降低混凝土的干缩，减少水化热量,对混凝土的裂缝控制有重要作用。

c、掺加外加料和外加剂

掺加适量粉煤灰,可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的.但掺量不能大于30％。

　　掺加适量的减水剂，它可有效地增加混凝土的流动性，且能提高水泥水化率，增强混凝土的强度，从而可降低水化热，同时可明显延缓水化热释放速度。

3。

2.2施工控制措施

a、控制混凝土入模温度

　　入模温度的高低，与出机温度密切相关，另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候等有关.

　　在温度较高的情况下进行施工，可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖,以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。

在搅拌过程中向混凝土中添加冰水.

　　如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被冻问题，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。

在浇筑混凝土以前还应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热，对原材料应视气温高低进行加热.

b、严格控制混凝土的浇筑速度，一次浇注的混凝土不可过高、过厚，以保证混凝土温度均匀上升。

保证振捣密实，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，严防漏振及过振.

c、砼温度控制、监测与养生

1）、温度控制、监测

　　为降低大体积混凝土的水化热，在混凝土的内部通入冷却循环水，采用循环法保温养护，以便加快混凝土内部的热量散发。

　　为能够较准确地测量出砼内部温度，在砼中预埋测温管，用水银温度计测温.上下层温差控制在15~20℃之内.根据各测点的温度，可及时绘制出混凝土内部温度变化曲线，对照混凝土理论计算值,分析存在的问题，有的放矢地采取相应的技术措施.

2）、砼养护

　　砼养护是大体积砼施工中一项十分关键的工作。

主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土的内外温差，促进砼强度的正常发展及防止裂缝的产生和发展。

　　从砼浇筑完成到终凝这段时间的养护对砼而言十分重要。

混凝土浇筑完毕后，在其顶面及时加以覆盖，要求覆盖严密，并经常检查覆盖保湿效果。

其主要作用有二：

一是蓄水保温,防止表面水分蒸发和抵抗受太阳辐射与刮风时温度骤变,二是保持内外温差的稳定。

d、健全施工组织管理：

　　在制订技术措施和质量控制措施的同时，还需落实组织指挥系统，逐级进行技术交底，做到层层落实，确保顺利实施。

第4章大体积混凝土浇筑方案

　4.1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.

4。

2混凝土的浇筑方案选用

　　浇筑方案，除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，常采用的方法有以下几种:

1、 全面分层：

即在第一层全面浇筑全部浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止.采用这种方案，适用于结构的平面尺寸一般不宜太大,施工时从短边开始,沿长边推进比较合适。

必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。

2、 分段分层：

混凝土浇筑时，先从底层开始,浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。

由于总的层数较多,所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝,又可以从第二段依次分层浇筑。

这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，不象第一种方案那样集中。

这种方案适用于结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程.

3、 斜面分层:

要求斜面的坡度不大于1/3,适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。

混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。

4。

3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.

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。

4．3.1计算混凝土内最大温升

　　据资料介绍，有三种计算公式，其一为理论公式：

　　△Tmax=WcxQx（1－e-nt）x￡

（1）

　　另一个为经验公式：

　　△Tmax=Wc/10+FA/50

（2）

　　当混凝土厚度超过3m时,计算值与实测值偏差过大.建议把上述经验公式改为：

　　△Tmax=WcxQx0.83/Cб+FA/50（3）

公式

（1）可计算各个龄期混凝土中心温升,从而计算每个温度区段内产生的应力，还可找出达到温升峰值的龄期，从而推定采取养护措施的时间。

但在介绍该公式的资料中并没有详细说明其适用范围。

该公式似乎未能把大体积混凝土的散热条件和平面尺寸的影响因素充分考虑进去.如能根据不同情况调整m和￡的取值，可能会使计算值更接近实际。

在该工程中，按公式

（1）计算的结果与后来的实测值偏差较大，升温峰值出现的时间也比实测值偏后。

据了解,其它工程的计算也有类似情况。

公式

（2）计算较简便，在该工程中计算值较实测值偏差较小，但无法据此计算应力，也找不出升温峰值出现的时间。

因该工程混凝土厚度是1.2m，若按公式（3）计算，计算值最接近实测值。

三个公式,三种结果。

在考虑施工、养护方案时，均按最不利的情况考虑，以求稳妥。

　4．3.2混凝土中心温度值T1=T2+△T（t），

因为△T（t）计算值较高,夏季的浇筑温度T1应采取措施降下来.如果不采取水中加冰等降温措施，计算得:

　　混凝土拌合温度：

　　Tc=∑Ti.Wi。

。

Ci/∑Wi。

Ci=29。

1℃.

　　混凝土出机温度：

　　Tj=Tc－0.16（Tc－Td）=30。

1℃。

　　混凝土浇筑温度：

　　Tj－T1+（Tq－T1）（A1+A2+…）=29。

7℃.

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15d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℃，平均要使拌合水温下降近6℃。

要使混凝土浇筑温度下降3℃,至少每m3混凝土要加0℃冰40kg.无论如何，在工程中实际浇筑温度Tj，都不能超过32℃。

4。

3。

4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。

第5章大体积混凝土浇筑成功案例

为确保大体积混凝土施工质量，除要满足强度等级、抗渗要求，关键要严格控制混凝土在硬化过程中水化热引起的内外温差，防止因温度应力而造成混凝土产生裂缝.以成都的颐和雅居地下工程为例，该工程地下1层,地上18层，基坑面积约3500平方米，基坑深5米，局部7米。

为保证地下室大体积混凝土施工质量，主要采取了如下技术措施。

优选材料，控制混凝土浇筑温度。

尽量缩短混凝土的运输时间，合理安排浇筑顺序，及时卸料；在浇筑前，用水冲洗模板降温;泵管用麻布包裹,以防日光暴晒升温。

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.

故为保证混凝土浇筑质量。

浇筑采用“一个坡度、层层浇筑、一次到顶”的方针.根据混凝土泵送时形成的坡度，在上层与下层布置两道振捣点.第一道布置在混凝土卸料点，主要解决上部振实；第二道布置在混凝土坡角处,确保下部混凝土的密实。

先振捣料口处混凝土，以形成自然流淌坡度，然后全面振捣。

为提高混凝土的极限拉伸强度，防止因混凝土沉落而出现裂缝,减少内部微裂，提高混凝土密实度，还采取二次振捣法.在振捣棒拨出时混凝土仍能自行闭合而不会在混凝土中留孔洞，这时是施加二次振捣的合适时机。

由于泵送混凝土表面水泥较厚，在浇筑两小时至6小时后，先用长刮尺按标高刮平，然后用木抹反复搓压数遍,使其表面密实,在初凝前用铁板压光。

既能较好地控制混凝土表面龟裂，又能减少混凝土表面水分散发。

加强混凝土的养护及测温工作。

为防止混凝土内外温差过大，造成温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生裂缝，应根据当时的施工情况和环境气温，采用了“蓄水法"进行混凝土养护.具体做法是：

先在混凝土表面覆盖双层麻袋，浇水湿润。

待混凝土初凝后,在基础周围砌挡水，蓄水深10厘米，养护28天。

为及时掌握混凝土内部温度与表面温度的变化值，在基础内埋设测温点20个，深度分别设在板中及距表面10厘米处，分别测量中心最高温度和表面温度，测温管均露出混凝土表面12厘米。

测温工作在混凝土浇筑完毕后开始进行,测温频率按持续28天考虑。

具体安排是：

前三天，每两小时测温1次；4天至8天，每4小时测温1次；9天至15天，每6小时测温1次；16天至20天，每12小时测温1次;21天至28天,每24小时测温1次.从测温曲线图中可以看出,基础混凝土浇筑后，中心最高温度发生在第四天，最高温度55.1摄氏度。

混凝土中心与表面温度升降基本同步上升，在前10天温差始终保持在8摄氏度至12摄氏度左右,远远低于不安全温差25摄氏度,后18天温差保持在3摄氏度左右，说明温差控制理想。

该工程基础底板混凝土养护期满后，通过检查,混凝土内实外光，质量良好,经检查未发现温度裂缝，可见完善的养护及选料等措施等起到了良好效果。

结束语

　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。

　　要施工好超厚、高强度等级的大体积混凝土，关键要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，关键在于水化热要低，大掺量I级粉煤灰和低用量的矿渣32.5MPa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,养护和浇筑同样重要.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]张明义．基础工程．北京：

中国建材工业出版社，2002

［2]中华人民共和国建设部．建筑地基基础设计规范．北京：

中国建筑工业出版社，2002

［3]史佩东等主编．高层建筑基础工程手册．北京:

中国建筑工业出版社，2000

［4]建筑结构构造资料集编委会编。

建筑结构构造资料集.北京:

中国建筑工业出版社,1990