大体积混凝土施工工法
完成单位：武汉建工第二建筑有限公司
主要完成人：陈宽诚、张海波、计克明、刘阳
1． 前言
凡是结构物的断面最小尺寸在2m以上的混凝土块体，单面散热的结构断面最小尺寸在75cm以上，双面散热在100cm以上，水化热引起的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，均可称为大体积混凝土。随着经济的高速发展，大体积混凝土被越来越多的运用在高层及超高层建筑的片筏基础或箱形基础、人防及地下建筑、大型公共建筑的基础底板，桩基础的承台、高层建筑转换层结构等关键部位。大体积混凝土施工过程中，如果在配合比设计、温差控制、浇筑方法、混凝土养护等方面处理不当，会造成温差应力、收缩等原因形成的裂缝，影响建筑物使用功能和安全。针对该问题，我公司将以往成功的大体积混凝土工程施工经验编写成工法。
2．工法特点
2．1优化大体积混凝土配合比，配合综合温控技术，最大限度地减少因水化热引起的混凝土温差应力产生的裂缝以及混凝土收缩产生的裂缝。
2．2采用一次性整体浇注混凝土的方法，有利于提高结构的整体性、抗渗性、同时提高了结构的抗震能力。
2．3 本施工工艺，减少了施工工序之间的交叉，取消了各种施工缝的处理工作，从而简化了施工程序，加快了施工进度。
3．适用范围
本工法适用于工业与民用建筑中的筏板基础或箱形基础、人防及地下建筑、大型公共建筑的基础底板，桩基础的承台、高层建筑转换层结构等大体积混凝土的施工。
4．工艺原理
大体积混凝土施工工法是通过对混凝土配合比和外加剂的优选，在满足设计指标的前提下，降低水泥用量，采取综合温控措施，在计算混凝土内部温度场和应力的前提下，对混凝土搅拌、运输、入模、浇筑、测温、养护等全过程进行控制，防止混凝土结构裂缝的产生。
5．施工工艺流程及操作要点
5．1 工艺流程
5．2 施工准备
5．2．1 浇灌混凝土的模板，钢筋及管线等应事先全部安装完毕，经检查合格并办理隐、预检手续。
5．2．2 浇灌混凝土所用架子及走道应搭设完毕，并经检查合格。
5．2．3 水泥、砂、石子及外加剂等经检查符合要求，试验室已下达混凝土配合比通知单。
5．2．4 磅秤（或自动上料系统）经检查度量准确，振捣棒经检查试运转合格。
5．2．5 工长根据施工方案对操作班组已进行全面施工技术交底，混凝土浇筑申请书已被批准。
5．2．6 优化混凝土配合比
1、混凝土配制强度等级按《混凝土配合比设计规程》执行，不宜超强，否则对温控不利，而且要尽可能利用后期强度，水泥宜采用中低水化热水泥，如矿渣硅酸盐类水泥。
3、混凝土的水灰比宜在0.4-0.6，砂率宜为35~45%，建议砂率取39%以上，初凝时间宜在4小时以上，坍落度在12-16cm。
4、为了减少绝对用水量和水泥用量，改善混凝土和易性、可泵性和延长缓凝时间，可掺加优质粉煤灰和抗裂、防渗、减水、缓凝等外加剂。
5、为补偿混凝土的收缩，应掺一定数量的UEA膨胀剂。
6、细骨料宜采用中砂，其通过0.315mm筛孔的颗粒含量不应少于15%，含泥量不得大于1%。粗骨料宜采用连续级配，其针片状颗粒含量不宜大于10%，含泥量不得大于1%。
5．2．7混凝土水化热试验
1、大体积混凝土水泥水化发热量是温度裂缝控制最关键的一个参数，因此，在进行配合比试验时必须同时进行水化热试验研究。
2、胶凝材料的水化热试验必须进行，并测量3天、7天、14天、28天的发热量。7天的水化热不宜大于250kj/kg。
3、有条件时应尽可能进行混凝土的水化热试验，避免由胶凝材料的水化热推算混凝土水化热带来的误差，以提高试验的精度。
5．2．8绝热温升值计算、测温点的设置及温差控制方法
1、混凝土的水化热绝热温升值计算：
——式5．2．8－1
式中：——浇完一段时间t，混凝土的绝热温升值；
——每立方米混凝土水泥用量（kg/m）；
Q——水泥水化热量（J/kg）；
c——混凝土的比热；
——混凝土的质量密度；
e——常数；
m——与水泥品种，浇捣时温度有关的经验系数；
t——混凝土浇筑后至计算时的天数（d）。
2、对于大体积混凝土的测温，为了全面反应混凝土内温度场的变化情况，应根据大体积混凝土结构的平面形状尺寸、厚度等具体情况，合理、经济地布置测温点，并绘制测温点布置图。
测温点的位置必须具有代表性，按浇筑高度断面，应包括底、中和表三种情况；按平面尺寸应分成边缘与中间两种情况。平面上利用对称性以减少测点，通常沿纵、横轴向或对角线方向分别布置在距顶面5cm、距底面5cm和中间，当结构厚度较大时，按500-800间距可适当增加测点的个数。具体测温原件的数量以及网络线的长度需根据工程的具体情况由计算确定。热电偶温度计底插入深度可按实际需要和具体情况而定，在浇筑高度方向测点距离一般为500～800mm；在平面尺寸方向，一般为3000～5000mm，距边角和表面50mm。
3、在温控工艺上一般可分为两大类，第一类是降温法，即在混凝土浇筑前，通过技术措施降低混凝土的入模温度，或在混凝土浇筑成型后，通过循环的冷却水进行降温，以减少混凝土内外的温差。第二类是保温法（又称隔热法）。即在混凝土浇筑成型后，利用混凝土初始温度加上水泥水化热的升温，使构筑物在养护过程中，通过覆盖保温材料减小混凝土表面温度的散失，使降温速率减慢，控制混凝土的内外温差，从而防止混凝土因温差过大引起变形而产生的温度裂缝。因此在实际应用中较多采用保温法。若混凝土绝热温升值较高或测温过程中温差较大，仅采用保温的方法仍不满足要求时，则需要采取暖棚加温的方法进行处理。保温材料所需厚度计算公式5．2．8－２:
——式5．2．8－２
式中 ——保温材料所需厚度(m);
h——结构厚度(m);
——结构材料导热系数(W/m.K);
——混凝土的导热系数；
——混凝土中心最高温度(℃);
——混凝土表面温度(℃);
——空气平均温度(℃);
K ——透风系数.
在混凝土配合比、水泥水化热、混凝土绝热升温、施工方案及保温措施已基本确定的基础上，采用有限单元法，对大体积混凝土施工全过程进行分析，任意时刻、任意部位混凝土的温度场和温度应力的计算。
5．2．9 混凝土浇筑方案
1、 由于大体积混凝土温度裂缝控制是一个系统工程，涉及到方方面面，应成立由施工单位、监理单位、混凝土供应单位、温控监测单位等联合攻关小组。
2、 混凝土浇筑方案应根据结构平面位置、混凝土工程量、混凝土供应能力、预期浇筑时间等确定混凝土泵的数量和平面位置以及搅拌运输车的台数等。
5．2．10 输送管道设计
1、混凝土输送管应根据工程和施工场地特点、混凝土浇筑方案进行配管，应尽可能缩短管线长度。为减少压力损失，少用弯管和软管。输送管的铺设应保证安全施工，便于管道清洗和故障排除。
2、输送管道布置要求横平竖直。在同一条管线中，就采用相同管径的混凝土输送管；同时采用新、旧管段时，应将新管布置在压力较大处。
3、混凝土输送管应根据粗骨料最大料径、输送距离等确定。当粗骨料最大料径为40mm时，混凝土输送管最小管径为125mm。
5．3 操作工艺
5．3．1 清理模板：浇筑前应将模板内的垃圾、泥土等杂物及钢筋上的油污清除干净，并检查钢筋的垫块是否垫好。如使用木模板时应浇水使模板湿润，但基层表面不应留有积水。
5．3．2 混凝土的浇筑
1、浇筑方案根据结构平面布置、钢筋疏密、混凝土供应等具体情况，选择合适的浇筑方案。
1) 全面分层：在整个结构平面内全面分层浇筑混凝土，并保证第一层浇完后回来浇筑第二层时，第一层浇筑的混凝土还未初凝，如此逐层进行，直至浇筑结束。施工时沿短边开始，沿长边进行。必要时也要分两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行。如图5．3．2-1。
图5．3．2-1
2) 斜面分层：
根据混凝土坍落度及混凝土泵在混凝土初凝时间内浇筑量估算混凝土分层浇筑厚度。
a. 计算混凝土自然流动坡角：
坍落度筒体积计算：
式5．3．2-1
|
|
式5．3．2-2
式5．3．2-3
图5．3．2-2
b. 估算混凝土分层浇筑厚度：
若大体积混凝土厚度为H，混凝土斜面最大每层浇筑厚度为S，
则 式5．3．2-4
图5．3．2-3
c、分层的厚度还受振捣器的棒长和振捣力大小的限制，一般为50cm左右。
2、不同浇筑区域之间、上下层之间的混凝土浇筑间隙时间不得超过混凝土的初凝时间。
3、二次抹面：当大体积混凝土按基准标高面浇完一定数量后，在混凝土初凝前，用铝合金长刮尺表面刮平，木蟹打平，这是第一遍。第二遍待收水后，表面沿钢筋位置出现收水裂缝，用滚筒滚压数遍，用木蟹揉搓，闭合收水裂缝。
5．3．3 混凝土的振捣
1、振捣棒的操作、要做到“快插慢拔”。在振捣过程中，宜将振动棒上下略有抽动，以便上下振动均匀。
2、每一插点要掌握好振捣时间，过短不易捣实，过长可能引起混凝土产生离析现象，一般每点振捣时间一般为15-30s，并且在20-30min后进行二次复振。浇筑混凝土每振捣完一段，应随即用铁锹摊平拍实。
3、振棒插入的间距一般为400mm左右，尤其对于预留洞、预埋件和钢筋密集的部位应预先制定好相应的技术措施，确保顺利布料和振捣密实。
5．3．4 混凝土测温与混凝土养护
1、测温监控：
混凝土测温阶段的要求：自混凝土入模开始测温，每隔2h左右测温1次。一般10～14d后可停止测温，或温度梯度<20℃时，可停止测温；每测温1次，记录、计算每个测温点的升降值及温差值；测温人员每天应及时将测温数据反馈给施工单位和监理单位。当混凝土内外温度差超过22℃时，应立即检查测温仪器是否发生故障，如有故障应及时加以排除。同时必须向现场施工管理人员报警。当超过25℃时，必须立即通知现场施工管理人员及相关人员采取相应措施：
1）、对养护不到位的混凝土及时予以补救；及时加强保温或减缓拆除保温材料，从而防止产生混凝土温差应力裂缝。
2）、 可考虑采用人工方法升高混凝土表面温度或增加草包覆盖层的层数。确保避免混凝土因温差应力造成的开裂。
2、温度应力裂缝的预防措施：
大体积混凝土在水化凝固过程中会产生大量的水化热，因混凝土表面、侧面热量散发较快，而内部热量散发较慢，故在混凝土中心与表面形成较大温差，如不采取适当措施，将在混凝土内部产生温度应力导致混凝土开裂。
混凝土成型时，由于混凝土表面水泥浆较厚，选用长刮尺刮平，然后用木抹子抹平，待混凝土初凝后，再用木抹子抹压一遍，减少混凝土表面裂缝。在混凝土振捣完毕应随即覆盖，最好采用塑料薄膜密闭养护，防止混凝土脱水龟裂。加盖保温材料能有效地控制混凝土内部和表面的温差以及混凝土表面和大气的温差，从而防止混凝土因温差应力而产生的裂缝。必要时再在草包上面再覆盖一层塑料彩条布，其保温保湿效果非常好。具体做法见图5．3．4－1：
图5．3．4－1
3、混凝土养护主要是保温保湿养护，保温养护能减少混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面的温差，防止产生表面裂缝。保湿养护能防止混凝土表面脱水而产生表面干缩裂缝。在混凝土浇筑完毕12h内应选用低温下成膜性能好的养生液用农用喷雾器进行喷涂，然后覆盖两层适当湿水的草包，草包应上下错开，搭接压紧；对于底板四周侧面也采用喷涂养生液，覆盖2层草包的方式进行养护。
在养护过程中可能会由于掺加外加剂的原因混凝土表面会提早泛白缺水，要浇水养护，冬季此时应在晴好天气的中午左右进行浇水，其它季节随即浇水，保温材料即掀即盖，切不可麻痹大意。
4、保温材料的拆除时间应以混凝土内部和表面温差以及表面和大气温差均小于25℃为准。一般混凝土浇筑完毕，第三、四天为升温的高峰，其后逐渐降温，保温材料的拆除以10d以上为妥。不能一次全部拆除，必须在实时监控的基础上分期分批地逐渐拆除。降温速度不宜过快，以防温差应力产生裂缝。尤其要注意的是天气的变化，特别是寒潮来临之前一定要加强保温。
5．3．5 大体积混凝土泌水处理
大体积泵送混凝土属于大流动混凝土，混凝土采用分块分层浇筑，混凝土浇筑间歇时间较长（一般为1.5-3h即控制在混凝土初凝前），易产生泌水层。解决办法：在混凝土抄平时设置1‰的坡度将泌出水就近排入排水沟内，用隔膜泵通过集水井将多余水集中抽走，决不允许混凝土在水中浇捣，避免因水浸泡导致混凝土产生蜂窝、气孔，不密实。
5．3．6 此外，还可采取一些构造措施以削弱温度应力。例如：
1、对大体积混凝土基础与岩石、厚大的混凝土垫层之间设置滑动层，如铺沥青油毛毡等。
2、在大体积混凝土基础内配置必要的温度钢筋，以改善应力集中，防止裂缝出现。
5．4劳动组织
混凝土工程施工工种组成见表5．4-1：
表5．4-1 主体工程工种组成(单位：人)
|
混凝土工
|
木 工
|
钢筋工
|
架子工
|
水电工
|
普 工
|
|
|
|
|
|
|
|
（注：各工种具体人数视工程大小及进度要求进行安排）
5．4．1 根据大体积混凝土工程的规模大小和设计要求，合理地组织施工现场劳动力。一般施工现场劳动力组织与普通钢筋混凝土工程施工基本相同。
5．4．2养护阶段：按二班、三班昼夜值班考虑。人员有：每台班技术干部一人，养护工人根据工作量安排。
6．材料与设备
大体积混凝土体积大、用量多，要求连续施工，确保大体积混凝土的整体性和施工质量。因此一般使用商品混凝土，并配用泵车进行输送。混凝土泵和搅拌运输车的台数可根据混凝土工程的大小及预计的浇捣时间来确定。
6．1 材料
6．1．1 水泥：应选用水化热低、初凝时间较长的矿渣水泥，如P32.5、P42.5矿渣硅酸盐水泥。其强度等级应符合设计要求，进场时必须有质量证明书及进场试验报告。
6．1．2 砂：宜选用粗砂或中砂，混凝土等级高于C30时，含泥量≤2％；混凝土等级高于C60时，含泥量≤1％。
6．1．3 石子：粒径5～31.5mm连续级配的碎石或卵石均可。当混凝土采用泵送时，碎石最大粒径与输送管内径之比，宜小于或等于1∶3；卵石宜小于或等于1∶2.5。混凝土等级高于C30时，含泥量不大于1％；混凝土等级高于C60时，含泥量不大于0.5％。
6．1．4 混凝土外加剂：选用缓凝减水剂，根据气温变化调整其掺量，具体掺量应由试验室试配确定。
6．1．4 粉煤灰：粉煤灰可以提高混凝土的和易性，改善混凝土的工作性能，同时可以代替水泥，降低水化热。掺量宜为水泥用量的15％-20％，其质量应符合国家现行有关标准。
6．2 主要机具：混凝土搅拌台、混凝土运输车、混凝土泵车、混凝土输送管、布料杆、平锹、插入式振动器、抹子、铁插尺、胶皮水管、铁板、串桶。机具设备详见表6．2-1
表6．2-1机具设备表：
|
序号
|
名称
|
规格或
型号
|
单位
|
数量
|
备注
|
|
1
|
混凝土搅拌台
|
根据工程规模及工程量确定
|
个
|
数量均由计算确定
|
生产混凝土
|
|
2
|
混凝土泵车
|
台
|
泵送混凝土
|
||
|
3
|
混凝土运输车
|
辆
|
运输混凝土
|
||
|
4
|
混凝土输送管
|
米
|
输送混凝土
|
||
|
5
|
布料杆
|
台
|
|
||
|
6
|
插入式振动器
|
台
|
振捣混凝土
|
||
|
7
|
混凝土试模
|
个
|
制作试块
|
||
|
8
|
坍落度筒
|
|
测坍落度
|
||
|
9
|
塑料薄膜
|
|
用于保湿
|
||
|
10
|
彩条布
|
|
用于保湿
|
||
|
11
|
草 包
|
|
用于保温
|
||
|
12
|
测温原件
（热电偶）
|
个
|
用于测温
|
||
|
13
|
网络线
|
米
|
用于测温
|
||
|
14
|
巡检仪
|
台
|
用于测温
|
||
|
15
|
计算机
|
台
|
用于测温
|
7．质量控制
7．1 混凝土配合比应准确，混凝土平均强度应不低于设计强度。严格控制混凝土原材料的质量和技术标准，水泥应现场进行抽检实验，外加剂应应进行相关性能试验，有条件的单位应进行水化热试验，控制粗细骨料的含泥量。严格按混凝土配合比进行，计量准确。
7．2 控制混凝土水灰比和坍落度。
7．3 采用综合措施，控制混凝土初始温度。
7．4 根据工程特点，可以利用混凝土后期强度，这样可以减少水泥和用水量，减少水化热和收缩。
7．5 成立大体积混凝土施工攻关小组，组织、协调、配合相关工作。
7．6 采用二次混凝土振捣技术，提高混凝土的密实度和抗裂性。
7．7 采用二次抹面技术，闭合收水裂纹。
7．8 及时将测温监控有关信息反馈给施工、监理等单位，对异常情况及时提出处理意见并督促实施。
7．9 大体积混凝土的保温材料不宜一次全部拆除，应在实时监测的基础上分期分批地逐渐拆除，尤其要注意天气变化，特别是寒潮来临之前应加强保温。
7．10 采用构造措施抵抗温度应力。
8．安全措施
8．1 振捣器的电源胶皮线要经常检查，防止破损，操作时应戴绝缘手套，穿胶鞋。
8．2 混凝土运输车、混凝土泵车在使用前，应对装置进行检验。
8．3 夜间施工时，运输道路及施工现场应架设照明设备。
8．4混凝土输送管应采用支架、台垫、吊具等固定，输送管应定期检查，特别是弯管等部位的磨损情况，以防爆管。
8．5施工人员进入现场一定要戴好安全帽，防止高空坠物砸伤。
8．6进入钢筋层埋设观测原件要防止钢筋扎伤。
8．7注意温度巡检仪的露天用电安全。
8．8加强实时监控系统的防水防盗。
8．9在混凝土泵的作业范围内，不得有障碍物、高压电线，同时还要有防范高空坠物的措施。
9．环保措施
9．1 混凝土所用材料，特别是外加剂，应满足环保要求。
9．2 混凝土运输、泵送过程中，严禁抛洒，多余、少量混凝土应合理利用。
9．3 混凝土施工过程中，应采取消音、减噪等防护措施。施工时间应尽量与附近居民休息时间错开。
9．4 建筑用废水须先沉淀，再排入生活用污水排放管道，或回收利用。
10．效益与施工效率分析
本工法由于采用一次性整体浇筑，提高了施工工效，避免了窝工，缩短了工期，创造了良好的经济效益。同时也克服了地下室底板、外墙开裂的质量通病。
11．应用实例
“泰和广场”地下室大体积混凝土施工过程中，采用优化混凝土配合比、测温、综合温控技术浇注混凝土12000 m。克服了大体积混凝土结构由于温差引起的温度裂缝。
“佳丽广场”主楼承台采用综合温控技术，主楼承台截面尺寸约为58000mm×58000mm ×4100mm，一次性浇捣混凝土9756m，施工持续7天，采用表面保温和内部玻纹管循环冷却水降温技术，确保了承台内外温差<25℃，克服了大体积混凝土结构由于温差引起的温度裂缝。
“襄樊开放广场”地下室占地面积8000m，地下室底板平面尺寸约为160000mm×50000mm，底板厚500mm，采用超长无缝混凝土施工工艺，连续浇捣7000m。
该工法在应用的几个工程中均无裂缝产生，地下室防水效果良好，整个工程结构质量良好，无渗漏返修情况。
