大体积混凝土施工作业指导书.docx
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大体积混凝土施工作业指导书
大体积混凝土施工作业指导书
一、大体积混凝土的定义及特点
1、定义
混凝土结构物中实体最小尺寸≥1m的部位所用的混凝土，称为大体积混凝土。
2、特点
（1）结构厚实，体积大。
如：
基础、墩台、框架等。
（2）由于体积大，水泥水化热高，积聚内部热量不易散发，温度峰值常在45～55℃，而表面散热较快，使内外产生较大温差，受混凝土自约束，内部产生压应力，外部产生拉应力，易使混凝土产生表面温度裂缝（当内外温差产生的附加应力超过混凝土允许应力时，混凝土即发生开裂）；在混凝土降温阶段，混凝土逐渐冷却，加上混凝土本身的收缩，当受到外部（岩基、厚混凝土垫层及周围结构等）的约束，亦会产生裂缝，有的甚至贯穿整个截面。
二、大体积混凝土裂缝控制
根据大体积混凝土的特点，浇灌混凝土前，应采取有效的防裂技术措施和必要的混凝土裂缝控制的施工计算，以控制裂缝的出现。
（一）大体积混凝土防裂技术措施
1、降低水泥水化热温度。
措施如下：
（1）选用水化热低的大坝水泥、矿渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰水泥或低强度水泥。
（2）掺加混合料（如粉煤灰，其作用是改善和易性、降低水化热、减少水泥用量）、外加剂（如FDN高效复合型减水剂、缓凝剂、UEA复合膨胀剂），改善和易性，降低水灰比，控制坍落度，减少水泥用量，降低水化热量。
（3）改善骨料级配，减少水泥用量，使水化热相应降低。
（4）在混凝土内埋设循环冷却管，通入循环冷水，降低混凝土水化热温度。
（5）在厚大无筋或稀筋的大体积混凝土中，当设计有要求时，可在混凝土中掺加25%以下的厚度不少于15cm、强度不低于MU40及1.5倍砼强度等级的片石（包括经破碎的大漂石）吸热，并节省混凝土。
掺加片石应符合下列规定：
a）片石的最大尺寸，不应大于结构尺寸的1/4；
b）片石在掺加前应用水冲净；
c）片石应均匀分布，安放稳妥。
片石间净距不得小于15cm，片石与模板的间距不宜小于25cm，且不得与钢筋接触；
d）上层片石顶面应覆盖25cm以上混凝土层。
2、降低混凝土浇灌入模温度。
措施如下：
（1）选择室外气温较低时浇筑，浇筑温度（振捣后50～100mm深处的温度）不宜高于28℃，避开热天浇筑混凝土。
（2）夏季采用低温水或冰水拌制混凝土；对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷；或对骨料进行护盖或设置遮阳装置；运输工具加盖防止日晒，降低混凝土拌合物温度。
（3）掺加缓凝型减水剂，采取薄层浇灌，每层厚度20～30cm，减缓浇灌速度，利用浇灌面散热。
（4）在基础内设通风和加强通风，以加速热量散发。
3、加强施工过程中的温度控制。
措施如下：
（1）做好混凝土的保温保湿养护，缓慢降温，充分发挥徐变特性，减低温度应力；夏季避免暴晒，冬季采取保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度。
（2）采取长时间养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的“应力松驰效应”。
养护时间可按表1采用。
表1大体积混凝土养护时间
水泥品种
养护时间（d）
备注
硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥
14
夏季施工应提前养护，且养护时间不应小于28d。
火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐大坝水泥、低热微膨胀水泥
21
在现场掺粉煤灰的水泥
（3）对大体积混凝土的养护，应根据气候条件采取控温措施（如循环水冷却、蓄热保温措施等），并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度，将内外温差控制在设计要求的范围内，当设计无要求时温差不宜超过25℃。
混凝土测温元件可采用铜-康铜热电偶，首先将热电偶固定在φ6.5mm的钢筋棒上，然后再将钢筋棒固定在结构钢筋上。
在浇灌混凝土时，应特别小心，不可使热电偶移位。
测温点一般布置在混凝土上表面、中心及下部位置，数量根据设计或实际需要而定。
混凝土终凝后开始测温，前几天每2h测1次，同一时间读取数据，24h不间断，以后根据温差发展情况，测温间隔时间作适当的延长调整。
若温差大于25℃，则采取一定的保温措施，对于基础可采用回填的办法，一定要将温差控制在25℃以内。
（4）合理安排施工程序，控制混凝土均匀上升，避免过大高差；对于基础，及时回填土，避免结构侧面长期暴露。
4、改善约束条件，削减温度应力。
措施如下：
采取分层分块浇灌，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当位置设置后浇缝，以放松约束程度，减少每次浇灌长度和蓄热量，增加散热面，防止水化热的过大积聚，减少温度应力。
5、提高混凝土的极限抗拉强度。
措施如下：
（1）选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，减少收缩，保证施工质量。
（2）采用二次投料法；二次振捣法；浇灌后及时排除表面泌水，以提高混凝土强度。
（3）设置必要的温度配筋，在截面突然变化、转折部位，增加斜向构造配筋，以改善应力集中。
（4）在基础与墙、地坑等接缝部位，适当增大配筋率，设暗梁，以减轻边缘效应，提高抗拉伸强度，控制裂缝开展。
（5）加强混凝土的早期养护，提高早期相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
（二）大体积混凝土裂缝控制的施工计算
在大体积混凝土浇灌前，根据施工拟采取的防裂措施和已知施工条件，先计算混凝土的水泥水化热绝热温升值、各龄期收缩变形值、收缩当量温差和弹性模量，然后通过计算，估计可能产生的最大温度收缩应力，如不超过混凝土的抗拉强度，则表示所采取的防裂措施能有效控制、预防裂缝出现；如超过混凝土的抗拉强度，则可采取调整混凝土的浇灌温度、减少水化热温升值、降低内外温差、改善施工操作工艺和混凝土性能、提高抗拉强度或改善约束等技术措施重新计算，直至计算的应力在允许范围以内为止。
1、混凝土的水化热绝热温升值
混凝土的水化热绝热温升值，一般按下式计算：
式中：
T（t）——浇完一段时间t，混凝土的绝热温升值（℃）；
C——每立方米混凝土水泥用量（kg）；
Q——每千克水泥水化热量（J/kg），可由表2查得；
c——混凝土的比热，一般为0.92～1.00，取0.96（J/kg.K）；
ρ——混凝土的质量密度，取2400（kg/m3）；
e——常数，为2.718；
m——与水泥品种、浇捣时温度有关的经验系数，一般为0.2～0.4；
t——混凝土浇捣后至计算时的天数（d）。
实际结构外表是散热的，计算值偏于安全。
2、各龄期混凝土收缩变形值
各龄期混凝土的收缩变形值εy（t）随许多具体条件和因素的差异而变化，一般可按下列指数函数表达式计算：
式中：
ε0y——标准状态下的最终收缩值（即极限收缩值），取3.24×10-4;
M1、M2、M3……Mn——考虑各种非标准条件的修正系数，按表3取用；
e、t——同上。
3、各龄期混凝土收缩当量温差
混凝土的收缩变形换成“当量温差”（当量温差是将混凝土收缩产生的变形，换成相当于引起同样变形所需要的温度，以便按温差计算温度应力）按下式计算：
式中Ty（t）——各龄期（d）混凝土收缩当量温差（℃），负号表示降温；
εy（t）——各龄期（d）混凝土的收缩相对变形量；
a——混凝土的线膨胀系数，取1.0×10-5；
4、各龄期混凝土弹性模量
各龄期弹性模量按下式计算：
式中：
E（t）——混凝土从浇灌后至计算时的弹性模量（N/mm2），计算温度应力时，一般取平均值；
E0——混凝土的最终弹性模量（N/mm2），可近似取28d的弹性模量，按表4取用。
5、混凝土的温度收缩应力
大体积结构（厚度大于1m）贯穿性或深进的裂缝，主要是由平均降温差和收缩引起过大温度收缩应力造成的。
混凝土因外约束引起的温度（包括收缩）应力（二维时）可按以下简化公式计算：
式中：
σ——混凝土的温度（包括收缩）应力（N/mm2）；
ΔT——混凝土的最大综合温差（℃），如为负值则为降温；
T0——混凝土的入模温度（℃）；
Th——混凝土浇筑后达到稳定时的温度，一般根据历年气象资料取当年平均气温（℃）；当大体积结构长期裸露在室外且未回填时，ΔT值按混凝土水化热最高温升值（包括浇灌入模温度）与当地月平均最低温度之差进行计算；
S（t）——考虑徐变影响的松驰系数，一般取0.3～0.5；
R——混凝土的外约束系数，当为岩石地基时，R=1；当为可滑动的垫层时，R=0；一般地基取0.25～0.50；
υ——混凝土的泊松比，可采用0.15～0.20。
每千克水泥水化热量Q表2
品种
水化热量Q（J/kg）
225号
275号
325号
425号
525号
普通水泥
201
243
289
377
461
矿渣水泥
188
205
247
335
—
混凝土收缩变形不同条件影响系数表3-1
水泥
品种
矿渣
水泥
快硬
水泥
低热
水泥
石灰矿渣
水泥
普通
水泥
火山灰
水泥
抗硫酸盐水泥
M1
1.25
1.12
1.10
1.0
1.0
1.0
0.78
混凝土收缩变形不同条件影响系数表3-2
水泥细度
1500
2000
3000
4000
5000
6000
7000
M2
0.90
0.93
1.00
1.13
1.35
1.68
2.05
混凝土收缩变形不同条件影响系数表3-3
骨料
砂岩
砾砂
无粗骨料
玄武岩、花岗岩
石灰岩
白云岩
石英岩
M3
1.9
1.0
1.0
1.0
1.0
0.95
0.8
混凝土收缩变形不同条件影响系数表3-4
水灰比
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
M4
0.65
0.85
1.00
1.21
1.42
1.62
1.82
混凝土收缩变形不同条件影响系数表3-5
水泥浆量（%）
15
20
25
30
35
40
45
M5
0.90
1.00
1.20
1.45
1.75
2.10
2.55
混凝土收缩变形不同条件影响系数表3-6
t（d）
1～2
3
4
5
7
10
14～180
M6
混凝土收缩变形不同条件影响系数表3-7
W（%）
25
30
40
50
60
70
80～90
M7
1.25
1.18
1.10
1.00
0.88
0.77
混凝土收缩变形不同条件影响系数表3-8
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6～0.7
M8
混凝土收缩变形不同条件影响系数表3-9
操作方法
机械振捣
手工捣固
蒸气养护
高压釜处理
M9
1.00
1.10
0.85
0.54
混凝土收缩变形不同条件影响系数表3-10
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
M10
1.00
0.85
0.76
0.68
0.61
0.55
注：
分子为自然状态下硬化；分母为加热状态下硬化；
t——混凝土浇灌后初期养护时间（d）；
W——环境相对湿度（%）；
——水力半径的倒数（cm-1），为构件截面周长（L），与截面积（A）之比，
=L/A；
EaAa/EbAb——配筋率；
Ea——钢筋的弹性模量（N/mm2）；
Aa——钢筋的截面积（mm2）；
Eb——混凝土的弹性模量（N/mm2）；
Ab——混凝土的截面积（mm2）。
混凝土的弹性模量E0表4
项次
混凝土强度等级（N/mm2）
弹性模量
（N/mm2）
项次
混凝土强度等级（N/mm2）
弹性模量
（N/mm2）
1
C7.5
1.45×104
7
C35
3.15×104
2
C10
1.75×104
8
C40
3.25×104
3
C15
2.20×104
9
C45
3.35×104
项次
混凝土强度等级（N/mm2）
弹性模量
（N/mm2）
项次
混凝土强度等级（N/mm2）
弹性模量
（N/mm2）
4
C20
2.55×104
10
C50
3.45×104
5
C25
2.80×104
11
C55
3.55×104
6
C30
3.0×104
12
C60
3.60×104
三、大体积混凝土的浇筑方案及施工要求
（一）大体积混凝土的整体性要求高，一般要求混凝土连续浇筑，一气呵成。
施工工艺上应做到分层（≤30cm）浇筑、分层捣实，但又必须保证上下层混凝土在初凝之前结合好，不致形成施工缝。
1、在特殊的情况下可以留有后浇带，即在大体积混凝土中预留有一条后浇的施工缝，将整块大体积混凝土分成两块或若干块浇筑，待所浇筑的混凝土经一段时间的养护干缩后，再在预留的后浇带中浇筑补偿收缩混凝土，使分块的混凝土连成一个整体。
后浇带的浇筑，考虑到补偿收缩混凝土的膨胀效应。
要求混凝土振捣密实，防止漏振，也避免过振。
混凝土浇筑后，在硬化（终凝）前1～2h，应抹压，以防沉降裂缝的产生。
2、桥墩台等大体积混凝土，当结构截面大于100cm2，在前层混凝土初凝前不能及时灌筑次层混凝土时，可适当分段、分层浇筑，但应符合下列规定：
（1）分段数目宜减少。
当横截面面积在200cm2以内时不宜大于2段，在300cm2以内时不宜大于3段，且每段面积不得小于50cm2。
（2）段与段间的竖向接缝应平行于结构较小截面尺寸方向。
（3）上、下邻层混凝土间的竖向接缝，应错开位置做成企口，并按施工缝处理。
（4）每段混凝土厚度应为1.5～2.0m，不宜超过2m。
（二）浇筑方案应根据整体性要求、结构大小、钢筋疏密、混凝土供应等具体情况，一般选用以下三种方法（上述的特殊情况除外）：
1、全面分层：
如图1（a）所示，即在第一层浇筑完毕后，再回头浇第二层，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。
采用这种方案时，结构平面尺寸一般不宜太大，施工时从短边开始，沿长边方向进行较好。
必要时亦可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行。
2、分段分层：
如图1（b）所示，适用于厚度不太大而面积或长度较大的结构。
混凝土从底层开始浇筑，进行2～3m后就回头浇第二层，再同样依次浇筑以上各层。
由于总层数不多，所以浇到底后，第一层混凝土末端的混凝土还未初凝，又可从第二层依次分层浇筑。
这种方案，单位时间内要求供应的混凝土量较少，不像第一方案那样集中。
3、斜面分层：
如图1（c）所示，适用于结构的长度超过厚度的3倍，要求斜的坡度不大于1/3。
振捣工作应从浇捣层的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土施工质量。
分层的厚度决定于振动器的棒长和振动力的大小，也要考虑混凝土的供应量大小和可能浇筑量的多少，一般为20～30cm。
（三）浇筑混凝土所采用的方法，应使混凝土在浇筑时不发生离析现象。
混凝土自高处自由倾落超过2m时，应沿串筒、溜槽、溜管等下落，以保证混凝土不致发生离析现象。
串筒布置应适应浇筑面积、浇筑速度和摊平混凝土堆的能力，但其间距不得大于3m，布置方式为交错式或行列式。
（四）雨季施工时，应采取搭设雨篷或分段搭雨篷的办法进行浇筑，一般均要事先做好防雨措施。
（五）混凝土浇筑及养护时，严格按已制定的大体积混凝土施工方案（特别是防裂技术措施）施工，以控制裂缝的出现。
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