土木工程大体积混凝土施工质量控制【论文包查重包过】

1915年，美国在爱德荷州建成了世界上第一座高于100m的混凝土坝，在施工中，开始使用坍落度、抗压强度这两个指标，但是由于对混凝土的认识存在局限性，混凝土坝出现了温度裂缝。1930年后，裂缝问题进一步引起重视。到1933年，美国开始修建世界上第一座高于200m的胡佛坝，并且首次采用温控制措施，结果表明这些温控防裂措施是可行的。

我国大体积混凝土工程的建设起步比较晚，从20世纪中叶开始研究混凝土的裂缝问题。初期修建丹江口工程时，混凝土出现了大量裂缝，后经过停工整顿，在现场进行了历时数年的调查研究工作，总结了设计、施工方面的经验，提出了防裂措施，复工后，没有出现严重危害性的贯穿裂缝或较深层裂缝。表面裂缝也很少出现，为以后防裂技术奠定了基础。随后，水工方面防裂技术发展迅速、日趋成熟。跨世纪宏伟工程三峡大坝能够顺利建设的前提之一正是大体积混凝土防裂技术的成熟。

因此，本文针对大体积混凝土裂缝进行阐述分析，加强对大体积混凝土裂缝控制措施方法进行研究，促使大体积混凝土在施工过程中减少裂缝的产生，对建设工程中的大体积混凝土施工质量起到关键作用。

本论文从以下五个方面研究大体积混凝土裂缝的质量控制措施：

（1）研究适合于工程施工的合理混凝土配合比。

（2）对混凝土原材料进行选择，因为原材料是混凝土质量的根本所在。

（3）研究冷却水管布置等控制混凝土结构内部温度的措施，对于大体积混凝土施工冷却水管要根据建筑物主体结构的实际情况合理分布，从而有效的降低混凝土自身的水化热。

（4）研究现场浇筑、振捣等施工方法，合理的浇筑顺序和振捣工艺是保证混凝土质量的有效措施。

（5）研究大体积混凝土的养护方法，其养护是非常重要的且关键，特别是前期，要根据温度测试记录，及时的采取正确的养护方法，避免温度过度集中而导致裂缝。

1大体积混凝土概述

1.1大体积混凝土的定义

在当今建筑领域中，钢筋混凝土结构已经成为建筑结构中的主要结构形式。特别是高层、超高层、特殊功能的构筑物及大型设备基础等都采用体积庞大的混凝土结构。关于什么是大体积混凝土，国内为有多种不同的定义：

美国混凝土协会ACI对大体积混凝土的定义为：体积大到必须对水泥的水化热及其带来的相应体积变化采取措施，才能尽量减少开裂的一类混凝土。

日本建筑学会标准JASSS规定：结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起的混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25摄氏度的混凝土，称为大体积混凝土。

我国行业规范《大体积混凝土施工规范》（GB50496—2009）中认为当混凝土中凝胶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，就称之为大体积混凝土。

《公路桥涵施工技术标准》（JTJ041—2000）中规定：现场浇筑的最小边尺寸为1~3m且必须采取措施以避免水化热引起的温差超过25摄氏度的混凝土称为大体积混凝土。

总之，大体积混凝土虽然还没有一个统一的定义，但建筑大体积混凝土都具有一些共同特征：结构厚实，混凝土现浇量大，施工技术有特殊要求，水泥水化热使结构产生温度变形，应采取措施，尽可能地减少变形引起的裂缝开展。

1.2大体积混凝土的特点

（1）结构体工程量大

大体积混凝土结构物或者构件体积相对庞大，因此混凝土用量也相对很大。

（2）工程条件复杂

由于大体积混凝土的结构比较复杂，因此也导致了工程条件的复杂多样。

（3）大体积混凝土水泥水化热散发困难

大体积混凝土因体积相对庞大，在浇筑后温度升高幅度大，出现可观的膨胀量，到了后期降温阶段，又会出现相应可观的温度收缩，容易因为温度收缩过大、过快而使混凝土中出现严重的贯穿性裂缝，严重降低大体积混凝土的整体性、抗渗能力等。因此，在某种程度上，对大体积混凝土质量的控制就是对混凝土温度裂缝的控制。

（4）对裂缝的控制要求高

大体积混凝土多用于坝体、基础等，对构件的要求除了一般的强度、刚度、稳定性等之外，还有整体性、防水性、抗渗性等诸多要求。所以在大体积混凝土质量控制中，混凝土裂缝的控制成为问题的关键。

1.3大体积混凝土的研究目的和意义

随着我国各项基础设施建设的加快和城市建设的发展，各种建筑物、构造物的规模和体量都在大幅度地提升，因此大体积混凝土已经越来越广的被应用，其技术方面的措施要求也显得愈来愈重要。大量的工程实践表明，大体积混凝土在施工阶段如不采取合理的技术措施，就极易出现因质量问题所引发的工程事故。因此，这方面的研究工作具有重要的现实意义和技术经济意义。

2大体积混凝土的施工工艺

在大体积混凝土的施工工艺中，主要是指钢筋的选取、混凝土的配制及浇筑、振捣、浇筑时的温度控制和模板的支架这几个方面。

2.1钢筋

钢筋混凝土中的受力筋含量通常很少，从占构件截面面积的1%（多见于梁板）至6%（多见于柱）不等。钢筋的截面为圆型。在美国从0.25至1英尺，每级1/8英尺递增；在欧洲从8至30毫米，每级2毫米递增；在中国大陆从3至40毫米，共分为19等。在美国，根据钢筋中含碳量，分成40钢与60钢两种。后者含碳量更高，且强度和刚度较高，但难于弯曲。在腐蚀环境中，电镀、外涂环氧树脂、和不锈钢材质的钢筋亦有使用。

在潮湿与寒冷气候条件下，钢筋混凝土路面、桥梁、停车场等可能使用除冰盐的结构则应使用环氧树脂钢筋或者其他复合材料混凝土，环氧树脂钢筋可以通过表面的浅绿色涂料轻松识别。

2.1.1钢筋锈蚀与混凝土的冻融循环

钢筋锈蚀与混凝土的冻融循环会对破坏混凝土的结构造成损伤。当钢筋锈蚀时，锈迹扩展，使混凝土开裂并使钢筋与混凝土之间的结合力丧失。当水穿透混凝土表面进入内部时，受冻凝结的水分体积膨胀，经过反复的冻融循环作用，在微观上使混凝土产生裂缝并且不断加深，从而使混凝土压碎并对混凝土造成永久性不可逆的损伤。

2.1.2碳化作用

混凝土中的孔隙水通常是碱性的，根据实验表明，钢筋在pH值大于9.5时是惰性的，不会发生锈蚀。空气中的二氧化碳与水泥中的碱反应使孔隙水变得更加酸性，从而使pH值降低。从构件制成之时起，二氧化碳便会碳化构件表面的混凝土，并且不断加深。如果构件发生开裂，空气中的二氧化碳将会更容易更容易进入混凝土的内部。通常在结构设计的过程中，会根据建筑规范确定最小钢筋保护层厚度，如果混凝土的碳化削弱了这一数值，便可能会导致因钢筋锈蚀造成的结构破坏。

测试构件表面的碳化程度的方法是在其表面钻一个孔，并滴以酚酞，碳化部分便会变成粉色，通过观察变色部分便可得知碳化层的深度。

2.1.3氯化腐蚀

氯化物，包括氯化钠，会对混凝土中的钢筋腐蚀。因此，拌合混凝土时只允许使用清水。同样使用盐来为混凝土路面除冰是被禁止的。

2.1.4碱骨料反应

碱骨料反应或碱硅反应，简称AAR或ASR。是指当水泥的碱性过强时，骨料中的活性硅成分(SiO2)与碱发生反应生成硅酸盐，引起混凝土的不均匀膨胀，导致开裂破坏。它的发生条件为(1)骨料中含有相关活性成分(2)环境中有足够的碱性(3)混凝土中有足够的湿度75%RH。

2.1.5高铝水泥的晶体转变

高铝水泥对弱酸特别是硫酸盐有抗性，同时早期强度增长很快，具有很高强度和耐久性。在第二次世界大战后被广泛使用。但是由于内部水化物晶体的转型，其强度会随时间推移而下降，在湿热环境下更为严重。在英国，随着3起使用高铝预应力混凝土梁的屋顶的倒塌，这种水泥在当地于1976年被禁止使用，虽然后来被证明有制造缺陷，但禁令仍然保留。

2.1.6硫酸盐腐蚀

地下水中的硫酸盐会与硅酸盐水泥反应生成具有膨胀性的副产品例如矾石或碳硫硅钙从而导致混凝土的早期失效。

2.2混凝土

2.2.1材料选用

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。高效减水剂和引气剂复合使用对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用，也是混凝土向高性能化发展不可或缺的重要组成；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。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%～83%。应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。砂除满足骨料规范要求外，应适当放宽石粉或细粉含量，砂子中石粉比例一般在15%～18%之间为宜。粉煤灰只要细度与水泥颗粒相当，烧失量小，含硫量和含碱量低，需水量比小，均可掺用在混凝土中使用。

（4）降低原材料的温度。

（5）优选混凝土各种原材料，在条件许可情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨性、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。混凝土泌水性的大小与用水量有关，用水量多，泌水性大；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。

2.2.2合适的配合比

混凝土配合比的合理性不仅仅影响到混凝土自身强度要求，还会影响浇筑时的泵送要求、坍落度、和易性等，以及混凝土浇筑后的水化热产生的多少，特别是大体积混凝土水化热的控制将影响到混凝土的裂缝控制既而影响整个大体积混凝土的质量。

1、确定合理的水泥。在大体积混凝土中，混凝土温度的升高主要因素是水泥产生的水化热，因而，对大体积混凝土原材料水泥应该选用低水化热和凝结时间较长的水泥，在昆明地区常使用的是矿渣硅酸盐水泥，尽可能不用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，以减低水泥所产生的水化热。如要采用高水化热的水泥，就必须采取相应措施延缓水化热的释放。

2、砂石料的级配要合理。一般情况下，石料要采用连续级配，砂料采用中砂，并严控砂石料的空隙率、含泥量、吸水率及压碎指标。

3、合理掺加混凝土用掺和料（如粉煤灰）、外加剂（如缓凝剂、减水剂），从而降低水泥水化热。

4、作好混凝土配合比的试配工作。

资料，对比现场情况（或预拌厂拌制现场）砂、石料含水率、含泥量等与试验室试配原材料的差别，适当调整混凝土配比，满足实际混凝土拌制要求，以达到质量标准。5、根据试验室试配

2.2.3混凝土拌制

因大体积混凝土有单方水泥用量少，需掺外加剂、粉煤灰等特点，故混凝土的搅拌时间应延长，每槽搅拌时间30分钟。各种材料的投放量应准确，外加剂和粉煤灰由专人投放。

2.2.4混凝土浇筑

为做好大体积混凝土的养护、测温工作，大体积混凝土水泥水化热的预先计算是必不可少的。通过计算预估大体积混凝土内部温度及温差，才能预先提出相应的养护措施，做好养护准备工作及测温点布置、测温控制预案工作，这样才有利于保障大体积混凝土的浇筑质量。为保证大体积混凝土后续工作的质量，大体积混凝土的热功计算应力求及时、准确、全面，避免遗漏。

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：

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。

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，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。

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。混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，震动器也相应跟上。

2.2.5混凝土振捣

大体积混凝土的整体性要求比较高，因此浇筑时一般要求连续浇筑分层捣实。施工中一般有三种浇筑方案：

①对平面尺寸不大的结构可采用全面分层方案；

②对结构厚度不大而面积或长度较大的可采用分段分层方案；

③对长度较大的结构可采用斜面分层方案。

特殊情况下，当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后绕缝，以减小外约束力和温度应力，同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。混凝土浇筑时要严格控制浇筑质量，浇筑层的厚度用插入式振捣时振动器作用部分长度的1.25倍，一般选20～30cm为宜，浇筑混凝土时应注意防止混凝土的分层离析，倾落高度超过2m时，应采用串筒，斜槽、溜管等下料，串筒布置应适当浇筑面积、浇筑速度和摊平混凝土堆的能力，其间距不得大于3m，布置方式如交错式或行列式。

2.2.6混凝土养护

由于大体积混凝土在养护期间必须严格控制其内外温差，确保不出有害裂缝，因此养护是一项十分关键的工序。大体积混凝土的养护主要有保温和保湿法。保温是为了保持混凝土表面温度不至于过快散失，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝，使混凝土的平均总温差所产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止产生贯穿裂缝；保湿的作用是使尚在混凝土强度发展阶段内，潮湿的条件可防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝，另外可使水泥的水化顺利进行，提高混凝土的抗拉伸强度。为了确保混凝土有适宜的硬化条件，防止在旱期由于干缩而产生裂缝，应在混凝土浇筑完毕后12h内加以覆盖浇水。

在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点：

①混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构混凝土具有足够的抗裂能力时，不大于25℃~30℃。

②混凝土拆模时，混凝土的温差不超过20℃。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。

③采用内部降温法来降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行，还有常见的投毛石法，均可以有效地控制因混凝土内外温差而引起的混凝土开裂。

④法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等），在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃。

⑤混凝土表层布设抗裂钢筋网片，防止混凝土收缩时产生干裂。

2.3模板

现浇混凝土模板按不同构件，分别以胶合板模板、亩模板，钢模板、木支撑配制，它是以平方米为单位计算的，只要是有混凝土构件（包括各种柱，梁，阳台，楼梯等）都会需要模板。在混凝土浇筑过程中应保证模板具有足够的刚度、强度和稳定性，能安全地承受新灌注砼的重力、侧向压力及在施工中可能产生的各项荷载，不会产生漏浆、爆模等现象。模板表明应平整，无孔洞。保证砼建筑物各部分形状、尺寸和相互间位置的正确性。

3大体积混凝土施工质量通病的质量控制

由于上述对大体积混凝土裂缝的原因种类的分析，可以看出大体积混凝土裂缝对于建筑工程的危害之大，而大体积混凝土裂缝主要是由温差和收缩等等原因引起，所以为了加强大体积混凝土施工质量的安全性、耐久性和可靠性，防止大体积混凝土裂缝的产生，具体措施如下：

3.1大体积混凝土配合比设计措施

针对大体积混凝土配合比的设计，主要注重为既要保证其设计的强度，又必须要加大降低水泥水热化效应及水泥和水的用量，并且要使混凝土具有良好的和易性。因此，在施工过程中如何选择合适的水泥、水泥用量、多少掺外加剂、控制水灰比等问题就需要值得思考与试验。

3.1.1精心设计混凝土配合比

在保证混凝土具有良好工作的情况下，应尽可能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、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。根据设计要求，混凝土中掺加水泥用量4%的复合液，能具有防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂4种外加剂的功能，溶液中的糖钙能提高混凝土的和易性，使水泥用量减少20%左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延长到5小时左右。严格的控制骨料级配和含泥量，选用10-40mm连续级配碎石，优选混凝土施工配合比，根据设计强度及泵送混凝土坍落度的要求，经适配优选。

3.1.2精心设计混凝土配筋率

在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。

3.1.3精心设计混凝土构件应力

为避免在大体积混凝土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。