建筑工程大体积混凝土浇筑技术研究

吴亚楠

（山西省安装集团股份有限公司，山西太原 030032）

1 建筑工程大体积混凝土的特点

建筑工程中大体积混凝土具有如下特点：①混凝土的结构横截面的长宽高较大。②因水泥体积大，导致其在水化过程中需要释放大量的热量（即水化热），再加之混凝土不易散热，大量的水化热会积聚在大体积混凝土内部，致使中心部位的温度过高。③大体积混凝土蠕变大，弹性模量大，其内部温度升高的主要原因之一来自压应力。若大体积混凝土内部与外部之间的温差较大（即温度梯度陡峭），将使得大体积混凝土温度应力增大[1]。

2 常见的大体积混凝土浇筑方式

2.1 全面分层浇筑

混凝土是建筑工程中必不可少的材料之一，而混凝土的浇筑方法也有很多种。其中，全面划分层次并且分层浇筑大体积混凝土是一种常见的浇筑方法。这种方法的关键在于分层浇筑。首先，需要将整个混凝土的体积划分成多个层次，每一层都要均匀地浇筑，并且充分振捣，以保证每层充分融合。这样可以避免混凝土中出现空鼓、裂缝等问题，从而保证混凝土的质量。其次，在全面浇筑第一层后，需要在初凝前浇筑第二层。这样可以保证第一层的热量能够及时释放出来，从而避免混凝土出现温度差异而导致的性能下降。在具体的工程实践中，可以根据工程实际情况确定具体的浇筑顺序。例如，在需要加固地基的情况下，可以先浇筑地基层，然后再逐层向上浇筑。在需要加固某个局部的情况下，可以先浇筑局部层，然后再浇筑周围层，以此逐步将局部加固[2]。

2.2 分段分层浇筑

分段分层浇筑是一种常用的混凝土浇筑方法，是指从底层开始分段浇筑混凝土后进行第二层的浇筑，以保证有效浇筑各个层次。这种方法存在较多的层次结构，需要根据最底层混凝土初凝情况确定是否可以浇筑第二层混凝土。分段分层浇筑方法适合应用于单位时间内供应量较少的建筑工程和一些构筑物厚度不大但有着较大面积的工程中。一些高层建筑、桥梁等工程都采用了这种方法，以确保施工效率和浇筑效果。这种方法可以保证混凝土的均匀性和强度，同时也能减少混凝土的浪费。采用分段分层浇筑方式施工效率较高且浇筑效果好，因为每一层混凝土都有足够的时间进行初凝和硬化，从而使混凝土的强度得到了保证。同时，这种方法可以使混凝土搅拌时间更加充分，使混凝土中的空气和水分均匀分布，从而提高混凝土的品质。

2.3 倾斜分层浇筑

混凝土结构是现代建筑中常用的一种结构形式，其密实性和承载能力是影响结构质量的重要因素。为了提高混凝土结构的整体密实性，倾斜分层浇筑方法应运而生。倾斜分层浇筑方法适用于长度和厚度比例在3:1 以内的混凝土结构。在浇筑过程中，施工坡度不得超过1/3，且施工顺序应从下到上进行。振捣混凝土时，应根据倾斜的条件进行，落实分层浇筑振捣的原则和要求。合理排布振捣器，尽可能地保证倾斜分层浇筑能够振捣充分、均匀。这种方法的目的是提高大体积混凝土结构的整体密实性，从而增加混凝土结构的承载能力和耐久性。在施工过程中，还应注意控制混凝土的水灰比、保证坍落度适宜、控制浇筑速度和温度等因素，以确保混凝土的质量。倾斜分层浇筑方法的优点在于能够充分发挥混凝土的自重作用，使混凝土在浇筑过程中自然流动，从而达到充分振捣的效果。同时，该方法还能够减少混凝土收缩和开裂的风险，提高结构的整体性能。

3 大体积混凝土结构裂缝成因

3.1 水泥水化热引起裂缝

在大体积混凝土施工中，水泥水化热现象依然是导致结构体出现裂缝的主要原因之一。水泥在凝固过程中会出现水化过程，根据中学物理及化学知识可知，水化反应发生期间，会有大量热量被释放。大体积混凝土浇筑体体积更大，断面厚度大，表面系数低，很难将热量及时、有效地排出。其内部的温度会随着时间的延长而逐渐提高，当其与外界自然环境的温度差达到一定值时，便会导致混凝土体内外收缩均匀性失衡，进而引发裂缝[3]。

3.2 施工阶段裂缝成因及其控制

（1）温度影响。施工阶段，施工人员要控制好大体积混凝土各阶段的温度，浇筑模板时大体积混凝土温度要保持在5～30℃，大体积混凝土温度不得超过50℃；大体积混凝土浇筑构件完全凝固前，大体积混凝土表面与中心的温度差不得超过25℃；拆除大体积混凝土表面的保温覆盖膜，其内外温度差不得超过20℃。

（2）材料质量影响。施工人员要严格控制骨料、水泥、掺和料及外加剂等材料的质量，确保大体积混凝土配比合理。骨料一般选择细骨料或非碱活性粗骨料，其中粗骨料要确保粒径大小合理，从而减少大体积混凝土绝热温度的升高，保证含泥量达标，从而确保大体积混凝土的性能。一般情况下，细骨料粒径不超过4.25mm，同时尽量选择粒径为2.3～3mm 且含泥量在3%以内的中砂，减少因水化热造成的温度裂缝。水泥的选择首先要确保其性能，减少水化热与凝结时间对大体积混凝土的影响，尽量选择凝聚时间长、性能强度佳且水化热较低的水泥，常用的水泥材料多是硅酸盐水泥。在大体积混凝土中掺入掺和料，主要目的是减少大体积混凝土材料中的水泥用量，因为水泥量越大其温度越不容易控制。掺和料包括粒化矿渣粉及粉煤灰等，使用粒化矿渣粉能减少水化热的产生；而当前，在施工中多选择在混凝土中添加10%～30%的粉煤灰，可以使混凝土隔热温度下降2～3℃，减少水化热的产生[4]。所以在大体积混凝土中加入适量的掺和料，能避免大体积混凝土出现裂缝。在大体积混凝土中掺入外加剂，主要目的是减少其他材料的用量，从而降低施工成本、减少水化热的产生，大体积混凝土材料的选择要根据膨胀剂、减水剂、泵送剂等进行划分，选择外加剂要根据建筑工程需求选择。

3.3 凝固期间收缩引起裂缝

若要确保混凝土浇筑体能够正常凝固，则需确保水泥的硬化条件充分。因此混凝土中的水分约有20%需要用于水泥硬化，而非因蒸发而消散。大体积混凝土浇筑完成后的凝固期间，一旦蒸发的水占比超过80%，便会导致混凝土体积收缩，进而引起裂缝。在实际施工中还发现，在混凝土收缩现象发生后，如发生渗水、施工现场突然遭遇强降雨等，使混凝土重新回到水饱和状态，则混凝土体有可能产生膨胀，膨胀体积甚至达到浇筑刚刚完成后的体积大小。这种干燥、湿润交替出现，会使混凝土结构体内外出现裂缝的概率进一步增大。

4 房屋建筑工程大体积混凝土浇筑质量控制措施

4.1 优选原材料

混凝土原材料丰富多样，主要包括水泥和粗骨料等，会对水化热产生较大影响。所以，应当选用合适的混凝土原材料，同时结合试验所的数据优化混凝土原材料配比[5]。水泥品种及用量对比如表1 所示。例如，当选择混凝土所需使用的水泥时，应选择低热水泥或者短时间内不会发生凝结现象而放热的水泥，而且通过增大其他混凝土原材料配比而减少水泥用量，例如增加掺合料用量与骨料用量，需要保证骨料表面的平整、洁净，粗骨料尽量采取连续级配。该工程采用粒径为5～40mm、含泥量小于1%且针状与片状颗粒小于15%的卵石。所选用的细骨料粒径需要大于0.5mm 且含泥量小于等于3%，该工程选用细砂，其含泥量小于等于2%，达到了筛分曲线要求。对于掺合料，应选用粉煤灰等，不仅可以避免水泥用量过大而导致温度快速提升，而且能够增大混凝土结构强度及其抗裂性等，由此增加结构物使用时间，根据实际要求，该工程掺加了相应比例的粉煤灰。

表1 水泥品种及用量对比

4.2 设计永久变形缝

为了避免不均匀地基沉降、温度应力、收缩变形及地震产生的拉扯力等对大体积混凝土结构产生影响，在建筑物施工前要将易变形的敏感部位予以断开，并留出足够的变形缝，从而确保建筑结构各部分之间有适当的宽度，减少变形对建筑物造成的破坏。例如，在地下室的施工中，大体积混凝土要采取永久变形缝设计，使整个地下室结构在缝隙处完全断开，尤其是要将裙房与高层完全断开，以降低沉降对建筑物结构整体变形造成的影响。由于地下室是埋在地下的，所以变形缝的设计重点是防水防潮，在实际施工中可将一般地下室变形缝设计成可卸式构造或带有止水带的内埋式构造等。

4.3 科学调配混凝土

选择粗骨料时，应注意采用“连续级配”，选用的细骨料应以中砂为主。缓凝剂、减水剂等外加剂的性能选择和剂量控制应该更加科学，最好使用粉煤灰、矿渣粉等作为掺合料。选择水泥时，应尽量选择包括中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥在内，具有“水化热程度较低、凝结时间较长”等特点的“优质”水泥，以有效降低大体积混凝土出现裂缝的概率。上文提到的几种优质水泥实际上均可被视为“矿渣水泥”。这类水泥尽管具有低水化热特性，但相较于普通水泥，其析水性更大。由此造成的结果：大体积混凝土的可能析出大量水分。析出的水分在大体积混凝土前后两个浇筑层之间聚集，很可能会改变混凝土的水灰比。不仅如此，在“掏水”作业时，由于一些砂浆被带走，故大体积混凝土浇筑体之间难免形成具有较多水的夹层，进而降低混凝土浇筑体的整体黏结性。使用矿渣水泥时，混凝土的析水量（泌水量）与用水量之间会呈现出“正相关”的关系，而析水时间则与环境温度之间呈现出“反相关”的关系。此外，水泥材料本身的成分、细度同样会影响混凝土的析水性。施工管理人员在配制混凝土的过程中，若选择矿渣水泥，则应注重水泥的析水性。为了降低混凝土的用水量，在选用外加剂前，必须精确计算减水剂的剂量。在任何情况下，大体积混凝土的强度及坍落度参数都是首要控制对象。确保这两项参数达到工程要求后，作业人员方可对掺合料以及骨料的占比进行最优调整。在确保大体积混凝土浇筑体质量、安全的基础上，要尽量降低水泥用量，从而使水化过程中产生的热量得到有效控制。

4.4 制定合理的浇筑方案

首先，合理选取混凝土浇筑时间。其次，采取合适的混凝土浇筑方式。具体采取的浇筑方式应当结合工程规模做出最佳选择。为贯彻落实分层施工，应当以混凝土结构实际厚度为依据，提前制订合适的混凝土浇筑计划，结合分层厚度从下到上进行浇筑，有效控制上下层混凝土具体浇筑时间，下层混凝土初凝之前实施上层混凝土浇筑作业，防止冷缝病害发生，减小水化热，尽量缩小混凝土内外温差。图1 为混凝土温度变化曲线。

图1 混凝土温度变化曲线

4.5 做好相关养护工作

蒸汽养护对保证混凝土表面温度、湿度在合理范围内有较好的作用。所谓蒸汽养护，是指在蒸汽与空气混合饱和环境下养护大体积混凝土构件的措施，保证混凝土更好地硬化。采用蒸汽养护要重点从时间、温湿度等方面进行控制，坚持室内外温差不超过20%的标准进行分段养护。自然养护是最常见的养护方法，通常平均温度超过5℃时可选用常温养护方法。养护人员在养护过程中应注意定期洒水，保证混凝土温湿度达标。自然养护时间大约是14d，如果遇到雨雪等恶劣天气，可采取遮盖措施，避免混凝土结构受到雨水侵蚀。

5 结语

目前，大体积混凝土浇筑技术在建筑行业得到了广泛应用，该技术对提高建筑工程的建设质量具有重要意义，但是，在施工过程中也容易受到温度等因素的影响而出现裂缝等病害。为了确保大体积混凝土施工效果，工作人员应对结构设计进行优化，合理选择施工原材料，严格控制浇筑过程，加大养护力度，合理选择浇筑方式。通过一系列的优化方法，有助于提高大体积混凝土施工技术水平，建设高品质的建筑项目。