大体积混凝土为什么要控制浇筑的速度

      在建筑施工中常碰到大体积砼，为帮助项目部施工技术人员学习了解大体积砼防裂和温度控制方面的问题，加强施工技术方面的交流，本人根据自己的认识所及，参考了一些相关书籍，文章以问答的形式，先提出问题，再用通俗的语言和科学道理解答，问题解答也侧重于技术要领和做法，主要从实际出发，以实用为主，所提出的问题都是实际施工中常碰到的，目的是使项目部施工技术人员既知道大体积应该如何控制质量，又懂得为什么要进行防裂和温度控制的道理。

    遇到对大体积砼防裂和温度控制方面问题不懂的地方，大家可带着问题翻阅，从中找到答案，增长学识，相信对提高实际工作能力有所帮助。

    大体积砼指的是最小断面尺寸大于1m以上的砼结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的砼结构大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。但出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它都有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3mm；处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2mm。对于地下或半地下结构，混凝土的裂缝主要影响其防水性能。一般当裂缝宽度在0.1～0.2mm时，虽然早期有轻微渗水，但经过一段时间后，裂缝可以自愈。如超过0.2～0.3mm，则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中应尽量避免超过0.3mm贯穿全断面的裂缝。如出现这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行化学灌浆加固处理。

    大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土内部因素：由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但受拉力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。

1、水泥水化热

    水泥在水化过程中要释放出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去，以至于越积越高，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5天。
2、外界气温变化
    大体积混凝土在施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤降，会大大增加内外层混凝土温差，这对大体积混凝土是极为不利的。温度应力是由于温差引起温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般可达60～65℃，并且有较长的延续时间。因此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。
3、混凝土的收缩
    混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的，而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替会引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。
    影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺（特别是养护条件）等。
    大体积混凝土所选用的原材料应注意以下几点：
1、粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂。
2、外加剂宜采用缓凝剂、减水剂；掺合料宜采用粉煤灰、矿渣粉等。
3、大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的含量，以降低单方混凝土的水泥用量。
4、水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥，优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿    渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。
    但是，水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大，在浇筑层表面有大量水析出。这种泌水现象，不仅影响施工速度，同时影响施工质量。因析出的水聚集在上下两浇筑层表面间，使混凝土水灰比改变，而在掏水时又带走了一些砂浆，这样便形成了一层含水量多的夹层，破坏了混凝土的粘结力和整体性。混凝土泌水量的大小与用水量有关，用水量多，泌水量大；且与温度高低有关，水完全析出的时间随温度的提高而缩短；此外，还与水泥的成分和细度有关。所以，在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种，并应在混凝土中掺入减水剂，以降低用水量。在施工中，应及时排出析水或拌制一些干硬性混凝土均匀浇筑在析水处，用振捣器振实后，再继续浇筑上一层混凝土。
    大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同，但其实质的区别是由于混凝土中水泥水化要产生热量，大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。因此判断是否属于大体积混凝土既要考虑厚度这一因素，又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素，比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别，一般来说，当其差值小于25℃时，其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度，不会造成混凝土的开裂，当差值大于25℃时，其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度，造成混凝土的开裂，此时就可判定该混凝土属大体积混凝土。(摘录自《地下工程防水技术规范》GB50108-2001)
    高层建筑的箱形基础或片筏基础都有厚度较大的钢筋砼底板，高层建筑的桩基础则常有厚大的承台，这些基础底板和桩基承台均属大体积钢筋砼结构。还有较常见的一些厚大结构转换层楼板和大梁也属大体积钢筋砼结构。
    大体积砼由于其水化热产生温差形成温差应力，表面裂缝容易产生，这些裂缝对于结构正常使用一般不会有影响。但是，工程实践中普遍采用大体积砼不允许裂缝的标准，导致保养和温度控制措施复杂，额外费用较大。
    浇筑温度是指砼出罐后，经运输、振捣后的温度。《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204—92对浇筑温度作了规定：“不宜超过28℃”。此规定没有考虑到全国地方差异，例如上海、南京、武汉等我国南方地区高温季节施工大体积砼，若不采取特殊措施是很难达到这一要求的，若采取措施就得花较大的费用。那么浇筑温度超过28℃是否一定开裂呢？江苏常州某些工程浇筑温度达到35℃，由于保温降温措施得力，也没有出现温差裂缝。南京。上海、武汉等地的某些大体积砼工程浇筑温度超过28℃，个别工程达到41℃，也没有出现危害结构安全和影响使用功能问题。因此，在《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204—2002中，对于浇筑温度无不宜超过28℃的限制。
    控制浇筑温度是有好处的，要降低浇筑温度必须从降低砼出机温度入手，其目的是降低大体积砼的总温升值和减小结构的内外温差。降低砼出机温度最有效的方法是降低石子的温度，由于夏季气温较高，为防止太阳的直接照射，可要求商品砼供应商在砂、石堆场搭设简易遮阳装置，必要时向骨料喷射水雾或使用前作淋水冲洗。在控制砼的浇筑温度方面，通过计算砼的工程量，做到合理安排施工流程及机械配置，调整浇筑时间为以夜间浇筑为主，少在白天进行，以免因暴晒而影响质量。
    大体积砼的温度变化：先是一个升温过程，升到最高点后就慢慢降温，升温的速度要比降温的速度大。
    那么大体积砼何时达到最高点呢？主要决定于配合比、几何尺寸、现场条件等因素，根据工程统计，一般的大体积砼浇筑后3～4d出现最高点。
    国家规范对于温度控制有前述规定，但对于降温速率未提出明确要求。如大体积砼升温时内表温差过大，会造成表面裂缝；那么降温速率过快，会造成贯穿性冷缩缝，也是绝对不允许的。理论上，任何材料的允许温差与材料的极限值有关。对于大体积砼而言，如果降温过快，虽然内表温差仍然控制在规范要求之内，但由于砼内部温差过大，温差应力达到砼的极限抗拉强度时，理论上就会出现裂缝，而且此裂缝出现在大体积砼的内部，如果相差过大，就会出现贯穿裂缝，影响结构使用，因此，降温速率的快慢直接关系到大体积砼内部拉应力的发展。那么，降温速率到底取多大值呢？理论上要求温差应力必须小于同一时间的砼抗拉极限强度。目前有的工程采用降温速率取2～3℃/d，跟踪后也未见贯穿裂缝，但是对于大多数施工单位来说，由于没有全面可靠的数据资料，为安全起见仍采用≤1～1.5℃/d。砼养护可遵循降温速率“前期大后期小”的原则。因养护前期砼处于升温阶段，弹性模量、温度应力较小，而抗拉强度增长较快，在保证砼表面湿润的基础上应尽量少覆盖，让其充分散热，以降低砼的温度，亦即养护前期砼降温速率可稍大。养护后期砼处于降温阶段，弹性模量增加较快，温度应力较大，应加强保温，控制降温速率。
    裂缝原因:
    （1）水泥水化热
    水泥在水化过程中要产生大量的热量，是大体积砼内部热量的主要来源。由于大体积砼截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，使砼内部的温度升高。砼内部的最高温度，大多发生在浇筑后的3～5d，当砼的内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成比，温差越大，温度应力也越大。当砼的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。这就是大体积砼容易产生裂缝的主要原因。
    （2）约束条件
    大体积钢筋砼与地基浇筑在一起，当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于砼的弹性模量小，徐变和应力松弛度大，使砼与地基连接不牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，产生较大的拉应力，若超过砼的抗拉强度，砼就会出现垂直裂缝。
    （3）外界气温变化
    大体积砼在施工期间，外界气温的变化对大体积砼的开裂有重大影响。砼内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和砼的散热温度三者的叠加。外界温度越高，砼的浇筑温度也越高。外界温度下降，尤其是骤降，大大增加外层砼与砼内部的温度梯度，产生温差应力，造成大体积砼出现裂缝。因此控制砼表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。
    （4）砼的收缩变形
    砼的拌合水中，只有约20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸发。砼中多余水分的蒸发是引起砼体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，就会产生收缩应力而出现裂缝。大体积砼施工时，一是要尽量减少水泥水化热，推迟放热高峰出现的时间，如采用60d龄期的砼强度作为设计强度（此点必须征得设计单位的同意），以降低水泥用量；掺粉煤灰可替代部分水泥，既可降低水泥用量，且由于粉煤灰的水化反应较慢，可推迟放热高峰的出现时间；掺外加剂也可达到减少水泥、水的用量，推迟放热高峰的出现时间；夏季施工时采用冰水拌和、砂石料场遮阳、砼输送管道全程覆盖洒冷水等措施可降低砼的出机和入模温度。以上这些措施可减少砼硬化过程中的温度应力值。二是进行保温保湿养护，养护时间不应少于14d，使砼硬化过程中产生的温差应力小于砼本身的抗拉强度，从而可避免砼产生贯穿性的有害裂缝。三是采用分层分段法浇筑砼，分层振捣密实以使砼的水化热能尽快散失。还可采用二次振捣的方法，增加砼的密实度，提高抗裂能力，使上下两层砼在初凝前结合良好。四是做好测温工作，随时控制砼内的温度变化，及时调整保温及养护措施，使混凝土中心温度与表面温度的差值、混凝土表面与大气温度差值均不应超过25℃。基础底板测温孔测完温度后如何处理 　基础底板测温孔测完温度后，每一孔都是一个薄弱部位，处理不好就很容易从孔处渗漏，因此每一个孔都必须采用堵漏灵或防水宝之类防水材料仔细填实。拆除保温层条件及测温结束时间 　拆除保温层条件和测温结束时间：以砼温度下降，砼中心温度与表面温度差小于20℃，且表面温度与大气温度差小于20℃，逐层拆除。
    测温的延续时间与结构的厚度及重要程度有关，对厚度较大（2m以上）和重要工程，测温延续时间不宜小于15d，最好积累28d的温度记录，以便与试块强度一起，作为温度应力分析时参考；对厚度较小和一般工程，测温延续时间可为9～12d，测温时间过短，达不到温度控制和监测的目的。

      一、大体积混凝土主要指混凝土结构实体最小几何尺寸不小于1m，或预计 会因混凝土中水泥水化引起的温度变化和收缩导致有害裂缝产生的混凝土。

    二、配制大体积混凝土用材料宜符合下列规定：
    1、水泥应优先选用质量稳定有利于改善混凝土抗裂性能，C3A含量较低、 C2S含量相对较高的水泥。
    2、细骨料宜使用级配良好的中砂，其细度模数宜大于2.3。
    3、釆用非泵送施工时粗骨料的粒径可适当增大。
    4、应选用缓凝型的高效减水剂。
    三、大体积混凝土配合比应符合下列规定：
    1、大体积混凝土配合比的设计除应符合设计强度等级、耐久性、抗渗性、 体积稳定性等要求外，尚应符合大体积混凝土施工工艺特性的要求，并应符合合理使用材料、降低混凝土绝热温升值的原则。
    2、混凝土拌和物在浇筑工作面的坍落度不宜大于160mm。
    3、拌和水用量不宜大于170kg/m。
    4、粉煤灰掺量应适当增加，但不宜超过水泥用量的40%;矿渣粉的掺量 不宜超过水泥用量的50%，两种掺和料的总量不宜大于混凝土中水泥重量的 50%。
    5、水胶比不宜大于0.55。 8.2.4当设计有要求时，可在混凝土中填放片石（包括经破碎的大漂石）。填放片石应符合下列规定：
    （1）可埋放厚度不小于15cm的石块，埋放石块的数量不宜超过混凝土结构 体积的20%。
    （2）应选用无裂纹、无水锈、无铁锈、无夹层且未被烧过的、抗冻性能符 合设计要求的石块，并应清洗干净。
    （3）石块的抗压强度不低于混凝土的强度等级的1.5倍。
    （4）石块应分布均匀，净距不小于150mm，距结构侧面和顶面的净距不小 于250mm，石块不得接触钢筋和预埋件。
    （5）受拉区混凝土或当气温低于0°C时，不得埋放石块。
    四、大体积混凝土施工技术方案应包括下列主要内容：
    1、大体积混凝土的模板和支架系统除应按国家现行标准进行强度、刚度和稳定性验算外，还应结合大体积混凝土的养护方法进行保温构造设计。
    2、模板和支架系统在安装或拆除过程中，必须设置防倾覆的临时固定措施
    3、大体积混凝土结构温度应力和收缩应力的计算，参照附录D进行。
    4、施工阶段温控指标和技术措施的确定。
    5、原材料优选、配合比设计、制备与运输计划
    6、混凝土主要施工设备和现场总平面布置。
    7、温控监测设备和测试布置图。
    8、混凝土浇筑顺序和施工进度计划
    9、混凝土保温和保湿养护方法，其中保温覆盖层的厚度可根据温控指标的要求，参照附录E的方法计算。
    10、主要应急保障措施。
    11、岗位责任制和交接班制度，测温作业管理制度。
    12、特殊部位和特殊气侯条件下的施工措施。
    五、大体积混凝土结构的温度、温度应力及收缩应进行试算，预测施工阶段大体积混凝土浇筑体的温升峰值，芯部与表层温差及降温速率的控制指标， 制定相应的温控技术措施。对首个浇筑体应进行工艺试验，对初期施工的结 构体进行重点温度监测。温度监测系统宜具备自动釆集、自动记录功能。
   六、大体积混凝土的浇筑应符合下列规定：
    1、混凝土的入模温度（振捣后50mm〜100mm深处的温度）不宜高于 28度。混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不大于45度。
    2、大体积混凝土工程的施工宜釆用分层连续浇筑施工（图a)或推移式 连续浇筑施工（图b)。应依据设计尺寸进行均匀分段、分层浇筑。当横截面 面积在200m以内时，分段不宜大于2段；当横截面面积在300m以内时， 分段不宜大于3段，且每段面积不得小于50m。每段混凝土厚度应为1.5m〜 2.0m。段与段间的竖向施工缝应平行于结构较小截面尺寸方向。当釆用分段浇筑时，竖向施工缝应设置模板。上、下两邻层中的竖向施工缝应互相错开。
    3、当釆用泵送混凝土时，混凝土浇筑层厚度不宜大于500mm;当釆用非 泵送混凝土时，混凝土浇筑层厚度不宜大于300mm。
    4、大体积混凝土施工釆取分层间歇浇筑混凝土时，水平施工缝设置除应 符合设计要求外，尚应根据混凝土浇筑过程中温度裂缝控制的要求、混凝土的供应能力、钢筋工程的施工、预埋管件安装等因素确定。
    5、大体积混凝土在浇筑过程中，应釆取措施防止受力钢筋、定位筋、预 埋件等移位和变形。
    6、大体积混凝土浇筑面应及时进行二次抹压处理。
七、大体积混凝土在每次混凝土浇筑完毕后，除按普通混凝土进行常规养护外，还应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，并应符合下列规定：
    1、保湿养护的持续时间，不得少于28d。保温覆盖层的拆除应分层逐步进 行，当混凝土的表层温度与环境最大温差小于20°C时，可全部拆除。
    2、保湿养护过程中，应经常检查塑料薄膜或养护剂涂层的完整情况，保 持混凝土表面湿润。
    3、在大体积混凝土保温养护中，应对混凝土浇筑体的芯部与表层温差和 降温速率进行检测，当实测结果不满足温控指标的要求时，应及时调整保温养护措施。
    4、大体积混凝土拆模后应釆取预防寒流袭击、突然降温和剧烈干燥等养 护措施。
八、大体积混凝土宜适当延迟拆模时间，当模板作为保温养护措施的一部 分时，其拆模时间应根据温控要求确定。
九、大体积混凝土施工遇炎热、冬期、大风或者雨雪天气等特殊气候条件 下时，必须釆用有效的技术措施，保证混凝土浇筑和养护质量，并应符合下列规定：
    1、在炎热季节浇筑大体积混凝土时，宜将混凝土原材料进行遮盖，避免 日光曝晒，并用冷却水搅拌混凝土，或釆用冷却骨料、搅拌时加冰屑等方法降低入仓温度，必要时也可釆取在混凝土内埋设冷却管通水冷却。混凝土浇 筑后应及时保湿保温养护，避免模板和混凝土受阳光直射。条件许可时应避 开高温时段浇筑混凝土。
    2、冬期浇筑混凝土，宜釆用热水拌和、加热骨料等措施提高混凝土原材 料温度，混凝土入模温度不宜低于5°C。混凝土浇筑后应及时进行保温保湿养 护。
    3、大风天气浇筑混凝土，在作业面应釆取挡风措施，降低混凝土表面风 速，并增加混凝土表面的抹压次数，及时覆盖塑料薄膜和保温材料，保持混凝土表面湿润，防止风干。
    4、雨雪天不宜露天浇筑混凝土，当需施工时，应釆取有效措施，确保混凝土质量。浇筑过程中突遇大雨或大雪天气时，应及时在结构合理部位留置 施工缝，尽快中止混凝土浇筑；对已浇筑还未硬化的混凝土立即进行覆盖， 严禁雨水直接冲刷新浇筑的混凝土。

信息来源：转自网络

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