大体积混凝土冬季施工质量的控制

大体积混凝土冬季施工质量控制技术罗时勇1石陈诚1姜国庆1（南京建工集团，南京210012）[摘要]:大体积混凝土在冬季施工中如何进行有效的质量控制一直是施工的重点和难点。结合工程实际介绍了基础底板大体积混凝土冬季施工如何从原材料选择、施工组织、温度控制等方面制定措施控制混凝温度裂缝、保障大体积混凝土冬季施工质量。[关键词]：大体积混凝土冬季施工温度裂缝塑形收缩大体积混凝土是指结构物最小几何尺寸在1m以上，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。具有水化热高、收缩量大、易开裂、沉降大等特点，尤其是冬季施工时开裂等质量问题表现尤为显著。大体积混凝土开裂的问题是建筑施工中一个普遍性的技术问题，裂缝一旦形成，特别是基础贯穿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，同时可能会危害到建筑物的安全使用[1]。因此选择合适的原材料、采取合理的施工方法、做好温控措施，保证大体积混凝土冬季施工质量十分重要。1工程概况本文以东南大学土木交通科研教学楼工程为实例，介绍了大体积混凝土基础底板冬季施工技术措施。本工程结构较为复杂，各方对质量关注度较高。底板浇筑厚度1.8m，部分厚度3m，混凝土强度等级C30，局部C40，抗渗要求P6，局部P8，一次性浇筑方量2730m3，属于大体积混凝土；施工时间2015-02-05到2012-02-06，室外自然气温-3～9℃，属于冬季施工。因此控制温度收缩裂缝是本工程的重点及难点，此外，控制混凝土塑形收缩、沉降以及浇筑质量的均匀性也是质量控制的重要环节。2大体积混凝土质量通病及原因分析建筑物地下埋置深度随着建筑物高度增长而逐渐加厚，随之带来的混凝土水化热集聚[2]、均匀性变差，引起基础大面积裂缝及其它形式质量问题。大体积混凝土常见质量缺陷如表1所示。表1大体积混凝土常见质量缺陷序号质量通病名称频数频率/%1混凝土出现可见裂缝41412混凝土表面平整度不合格26263蜂窝14144疏松995截面尺寸556其它44南京市建设工程施工学术论文从质量缺陷统计表中可以发现，可见裂缝约占大体积混凝土质量缺陷的一半左右，而其中温度裂缝则是大体积混凝土裂缝主要形式，在冬季施工时表现尤为明显。这是由于内外温差导致的温度应力超过混凝土抗拉强度或是因温度、收缩、沉降等变形超过混凝土极限拉伸所导致[3]。另外，塑形收缩也是导致大体积混凝土裂缝的重要原因，主要原因在于材料选择、保湿养护等工作不到位[4]。蜂窝、疏松等质量缺陷主要是因施工、振捣等工序欠妥当造成。因此本文将从设计、选材、施工、养护等方面控制冬季大体积混凝土温度、保证施工质量。3大体积混凝土冬季施工质量控制技术通过以上分析，施工单位在了解大体积混凝土冬季施工质量通病及原因的同时，必须采取有效的质量控制措施，才能有效预防大体积混凝土冬季施工常见病害，保证施工质量。3.1原材料选择及配合比设计大体积混凝土的配合比应根据实际情况并经试验确定，在满足泵送及混凝土强度的条件下减小砂率，以降低单位体积混凝土胶凝材料用量。控制用水量，避免盲目追求过大流动性、增加开裂风险。在采用中、低水化热水泥的基础上，通过掺加粉煤灰、矿渣粉均可大幅减少水泥用量，有效降低水化热，从而对裂缝起到一定的控制作用。本工程所用混凝土采用Ⅰ级粉煤灰和S95矿渣粉的双掺技术，及P•O42.5水泥有效减少了大体积混凝土浇筑内部温升。同时，骨料选择了含泥量低、级配合理的砂石，提高了混凝土的抗拉性能。根据混凝土的使用性能采用缓凝型高效减水剂，降低早期水化热、降低拌和用水量及塑性收缩，并有效解决了混凝土硬化后色泽偏红或不均匀等现象。同时兼顾泵送性能及控制胶凝材料的原则，砂率定为40%。实际坍落度控制在160mm～180mm左右。3.2施工技术管理在本工程中采用了跳仓法[5]，其原理与后浇带的原理相同，是后浇带的进一步发展，充分利用抗与放特性原理，采用跳棋的模式，隔一段浇一段，免去后浇带法后续施工的不便。在表面或孔洞附近等薄弱位置配置了适当的温度钢筋以用来防止一些浅层裂缝。此外，根据平面建筑的布置，在基础上设置滑动层，降低对结构的约束，从而降低由于温度产生的应力。在施工技术管理上，例如对于混凝土的振捣通过管理，使振捣达到好的效果，则可避免在这方面原因下常出现的离析现象，保证混凝土质量均匀，从而防止因水泥集中而造成的局部温度裂缝。在冬季施工时避开冬季最低温度时施工，浇筑施工过程中应注意保温保湿等。具体措施有：浇筑过程中严禁加水、一气呵成，现场专人负责调度，浇筑间歇不超过30min，防止施工冷缝出现，按照先深后浅顺序，采用“斜面分层、一次到底、梯级浇筑、逐渐倒退”的方式组织施工，其中分层厚度不超过400mm，运输、浇筑及间歇的全部时间不得超过混凝土的初凝时间。在混凝土自由落差大于2m时，采用木制串桶下滑，以避免离析及骨料沉降。底板混凝土振捣采用插入式振捣棒振捣，振捣时在混凝土下料口坡顶处、中间位置及坡脚处各设1根振动棒，随混凝土浇筑方向振捣，间距控制不超过振动棒作用半径的1.5倍，基本在300mm左右，逐层下料逐层振捣；振点排列均采用行列式排列，做到快插慢拔，呈“交错式”次序移动，尽量避免碰撞钢筋、模板、预埋管件等，防止移位变形；振捣上层混凝土时插入下层混凝土面10cm，要掌握好振捣时间，过短不能振实，过长可能引起混凝土的离析，振捣保持在20s～30s之间，高频不少于10s。视混凝土表面呈水平，不再显著下沉，不再出现气泡，表面泛出灰浆时为准。大体积混凝土抹面处理要求在混凝土覆盖养护开始之前，为避免混凝土浇筑后裸露表面产生塑性收缩裂缝，在初凝、终凝前进行抹面处理是非常关键的，而对于大体积混凝土由于更易产生表面收缩裂缝，所以抹面次数在常规要求的基础上适当增加。本工程在混凝土浇筑完毕后使用刮杠刮平，泌水得到及时排除，在表面泌水处理完毕后，经刮杠刮平后用木模压实。当混凝土表面用手按有明显印痕但下沉量不大时进行二次搓毛、压实，将混凝土内部浆液挤压出来，用于表面混凝土湿润抹压。4大体积混凝土温度控制措施4.1测温点温度布设测温点平面布置按浇筑前后顺序及结构特点在不同区域布置测温点，如图1所示，图中三角形为测温点，共15处。在混凝土浇筑前，将下端封闭的测温套管固定在测温点平面位置上，并在套管的不同高度放置测量元件，监控大体积混凝土的内部温度变化规律，能及时地指挥后续施工和养护工作，确保大体积混凝土施工养护工作的安全性和有效性。图1混凝土测温管布设示意图4.1混凝土养护、测温及温控本项目在混凝土抹面压实结束后从下至上分别覆盖薄膜一道、麻袋或保暖被辅助稻草覆盖及覆盖密封塑料布一道，其中1m板厚理论覆盖保温厚度为3cm，1.8m板厚覆盖保温厚度为5cm，3m板厚覆盖保温厚度为8cm。混凝土保湿养护工作与保温覆盖措施同时进行，混凝土养护不低于14d，基础模板在混凝土温度上升阶段不得拆除，模板的拆除在等到混凝土温度下降到与室外温差相差不到10℃时进行。大体积混凝土浇筑后的1d～2d，由于水化热的作用混凝土处在温升阶段，在4d～6d内部温度达到极大值。在冬季施工养护时在表层覆盖的薄膜，提供必要的养护湿度，一方面混凝土需要水化热提供的温升来实现混凝土的自养护，另一方面需要保证混凝土内外温差不超过25℃，因此，需要把握好保温与散热的矛盾关系，掌握实时测温信息以调整养护条件。在混凝土温度上升阶段（前3d）每2h测一次，温度下降阶段（4d~7d）每4h测一次，后一周每6h测一次，同时测大气温度，做好测温记录。当混凝土内部温度与外界气温之差连续24h小于25℃时可每天测一次。测温延续时间不宜小于15d，取不同底板厚度的混凝土中心温度及里表温差记录如图2和图3所示，其中1.8m、3.0m厚底板中心混凝土温度最高值分别为58℃、64℃，最大温差都在25℃以下。另外需要实时关注天气变化，一旦气温骤变或下雨下雪，迅速采取相应措施防止冻害及温度收缩裂缝的发生。图21.8m厚底板中心温度及里表温差变化趋势图33.0m厚底板中心温度及里表温差变化趋势5结论该工程根据实时测温情况，及时调整了混凝土养护方案，散热降温效果满足国家有关规范标准的要求。各测试点升温、降温变化较为均匀，未出现明显可见裂缝。（2）施工养护中采用塑料薄膜、麻袋及稻草相结合的保温保湿措施，有效防止过大温差的产生，保证了冬季混凝土养护的质量。（3）粉煤灰、矿粉的双掺技术以及缓凝型减水剂的合理运用有效延缓了放热高峰期的到来，原材料优选措施优化了配合比、提高了混凝土抵抗温度变形及塑性收缩的能力，二者综合运用对于抑制冬季大体积混凝土裂缝效果较为明显。（4）选择合理的施工工艺，优化施工方案，对于保证大体积混凝土冬季施工质量十分重要，经专家验收评估，整个混凝土基础底板未出现可见裂缝、蜂窝、麻面、酥松、表面不平整质量问题，达到预期效果。参考文献[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社,1997[2]戴镇潮.大体积混凝土的防裂[J].混凝土,2001(9):9-11.[3]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社,1999.[4]覃维祖.混凝土的收缩、开裂及其评价与防治[J].混凝土,2001(7):3-7.[5]王文明,周剑敏,刘湘平.跳仓法施工技术原理及工程技术分析[J].上海建设科技,2014(5):35-38102030405060050100150200温度/℃浇筑完成时间/h混凝土中心温度混凝土中心与表面温差102030405060050100150200温度/℃浇筑完成时间/h混凝土中心温度混凝土中心与表面温差