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大体积混凝土施工技术商讨
[文摘]本文就是大体积混凝土施工中的一些技术问题提出商讨，包括大体积混凝土的定义，检验施工期温度应力所用的公式、减小施工期温度应力的技术措施、混凝土薄层浇筑技术，水平施工缝的处理和大体积混凝土的浇筑方法等六个方面。
[关键词] 大体积混凝土 温度应力 浇筑技术 施工缝处理
随着城市建设与大型工矿企业的发展，高层，超高层建筑、特殊功能的构筑物及大型设备基础，多采用体积庞大的混凝土结构，对于这类大体积混凝土施工中的一些技术特点要求，在现有的施工规范中还没有具体的规定。施工单位多根据已建工程的施工经验制定工法或相应的施工技术要点。但由于对大体积混凝土工程一些施工技术问题认识上的不一致，在施工措施上就存在差异，可能影响到大体积混凝土施工的质量与结构安全。现就有关大体积混凝土施工中的一些技术问题提出商讨。
1 大体积混凝土的定义
对什么是大体积混凝土，目前尚无统一的定义。一般认为混凝土的几何尺寸大于某一尺度或可能出现的混凝土内外温差超过某一定值就认为是大体积混凝土。如某施工单位制定的“大体积混凝土工法”中认为：凡结构断面最小尺寸大于3m的混凝土块体；或者单面散热的结构断面最小尺寸再75cm以上、双面散热在100cm以上、水化热引起的最高温度于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。这样的定义虽然比较具体，也便于掌握，但定义本身过于机械不够完整。因为大体积混凝土的特点除体积较大外，更主要是由于混凝土的水泥水化热不易散发，在外界环境或混凝土内里的约束下，极易产生温度收缩裂缝。在实际施工中，有些结构的几何尺寸并不很大，如地铁隧道、地铁车站的混凝土底板和顶板其厚度只在0.5m左右，但受到外界约束却很大，也要避免出现温度裂缝。因此仅用混凝土的几何尺寸大小来定义大体积混凝土，就可能忽视了一些本该属于大体积混凝土结构的施工要求。至于用混凝土结构可能出现的最高温度与外界气温之差的某一规定值来定义大体积混凝土，也是不够严密的，因为各种温度差只有在“约束”条件下才能起作用，避免出现裂缝的允许温差则有约束力的大小决定，当内、外约束力较小时，混凝土的允许温度就大、反之就小。我国南、北方地质及地基加固方法差异较大、气候条件也不相同，所以用温差的统一规定值来定义大体积混凝土，对某些地区就可能偏严或不够安全，而应结合具体工程的环境和结构特点来确定施工时的允许温差标准，并采取相应的温差控制措施。因此，大体积混凝土的确切定义应为：现场浇筑混凝土结构的几何尺寸较大，且必须采取技术措施以避免水泥水化热及体积变化引起的裂缝，这类结构称为大体积混凝土。这样定义大体积混凝土虽然没有具体尺寸大小的概念，但实际上已包括现浇混凝土中各类建筑物和构筑物的大型基础与结构。
 2检验施工期温度应力所用的公式
  大体积混凝土施工期的温度应力，包括外约束即地基约束引起的应力，通常称为外约束力;混凝土内部对外部约束引起的应力，通常称为内约束应力。目前施工单位多使用以下公式来计算温度应力
: 
但是施工单位往往忽视了这是计算外约束应力的公式，仅仅通过外约束应力来验算结构施工期是否可能出现裂缝是不全面的。对于软土地基，只要混凝土早期平均散热较缓慢，用该公式计算出的外约束应力就较小，也就是说混凝土出现由于外约束条件引起的从地基往上开裂的裂缝的可能性就较少，而此时并不能保证不出现表面裂缝及表面裂缝往深层发展。在浇筑后的早期，由于混凝土内外温差较大，内约束应力往往要大于外约束应力。笔者曾就某高层建筑板厚为2.sm的筏式基础的温度应力进行过验算，浇筑混凝土后的6一9d，外约束应力为0.012~0.025MPa，而内约束应力为0.366一0·6llMPa，内约束应力远大于外约束应力，此时混凝土的极限拉伸值很低，很容易由于内约束应力引起裂缝。所以施工单位在验算外约束应力的同时，还应验算内约束应力。计算内约束应力的基本公式为：
Σmax=Εα/1-μ（Τm-Τ），（注：Τm为混凝土块体的平均温度，Τ为混凝土的表面温度。）
3减小施工期温度应力的主要技术措施
从计算温度应力公式中可以看出，要减小温度应力就要:(1)降低混凝土的浇筑温度，混凝土的浇筑温度是指在分层浇筑时，上层混凝土即将覆盖时下层混凝土表面以下3~5cm处的温度;(2)降低混凝土最高温升，是指混凝土浇筑后3~7d混凝土内部实测最高温度的平均值;(3)减缓混凝土的降温速率，即混凝土每天平均温度的降低值要小。目前施工单位较多采用冷水或加冰屑拌合混凝土及骨料预冷等方法降低混凝土浇筑温度;采用减少水泥用量、使用低热水泥或在混凝土结构内部埋设冷却水管等措施降低混凝土的最高温升;采用混凝土表面覆盖保温材料的办法来减缓混凝土的降温速率。减缓混凝土的降温速率既可以减小外约束应力，同时也可减小混凝土的内外温差，从而减小内约束应力，因此混凝土早期表面覆盖保温措施对减小温度应力尤为重要。混凝土浇筑后何时开始覆盖保温材料对保温最为有利呢?目前施工单位大都在混凝土表层终凝后就开始覆盖保温，这无疑偏早，合理的保温时间应从混凝土降温时开始，这是因为:(1)混凝土在升温阶段是处于受压状态，混凝土不可能出现裂缝;(2)如果在升温阶段开始保温，这实际上是进行混凝土蓄热，势必增加混凝土的最高温升，这对减小外约束应力是不利的。因此，除冬季施工或遇有气温骤降外，混凝土保温时间应至少在混凝土浇筑3d以后进行。
4混凝土薄层浇筑技术
为了降低混凝土基础板的最高温升，目前一些施工单位较多采用薄层浇筑，即将底板分成几个施工层，施工层之间的结合按施工缝处理。例如，某施工单位的工法指出:底板厚度超过1.3m时，分层厚度在0.6~lm为好。对于分薄层施工，施工人员较多将注意点集中在层间缝面的结合处理，而忽视了层间的间歇时间的研究。一些工程实践说明，选择合理的层间间歇，对保证施工缝的结合强度及防止裂缝的出现十分重要。层间间歇时不宜过短又不宜太长，如果间歇时间太久，下层混凝土的弹性模量已增长得很高，甚至超过地基的弹性模量，这样，下层混凝土对上层混凝土的外约束就大于地基对下层混凝土的约束，很可能在上下层的结合面上出现垂直裂缝。如果层间间歇时间过短，下层混凝土还处在升温阶段，上层混凝土就已覆盖，这不仅不利于下层混凝土的散热，还会由于上层混凝土的水化热温升倒过来影响下层混凝土，而使整个混凝土结构的最高温升增高，从而加大外约束应力。因此，上层混凝土覆盖的适宜时间应选择在下层混凝土最高温升已降低到一定值，即上层混凝土温升倒加到下层后，下层混凝土温度回升值不大于原最高温升，且下层混凝土弹性模量较小时较为有利。
5水平施工缝的处理
大体积混凝土底板常采用分层施工，为了保证上下层的混凝土结合好，施工单位一般都比较重视水平缝面的处理，有些工程除按照施工缝的技术要求处理外，还增加一些附加的技术措施，如:(l)在施工缝面的外沿一周埋设止水片;(2)在缝面插垂直短钢筋;(3)施工缝面铺设水平钢筋网等。通常情况下，这些附加措施有否必要值得讨论。大体积混凝土水平施工缝的受力状况与混凝土梁、板水平缝受力状况有很大的不同，大体积混凝土基础水平面主要是压应力。在大体积混凝土施工中，水平施工缝只要严格按照钢筋混凝土施工规范中的施工缝的技术要求去做，上下结合面的强度是有保证的，施工缝也不会渗水。如果水平施工缝面正好设在预留沟道的底面或顶面，在沟道四周设置止水片尚有必要，否则就没有必要增设止水带。在施工缝上埋设垂直锚固短钢筋，除承受强烈振动荷载的基础需埋设外，一般情况下也没有必要，垂直锚固钢筋对提高水平结合面的粘结强度微乎其微。在施工缝面铺设水平钢筋网同样值得研究，除非在下层混凝土表面已出现垂直裂缝，才需要在下层裂缝表面铺设钢筋网片以限制裂缝往上层混凝土发展，其余缝面是没有必要铺设水平钢筋网的。
6大体积混凝土的浇筑方法
大体积混凝土结构整体性要求高，混凝土必须分层连续浇筑，由于受到混凝土供应条件的限制及振动器插入深度的控制，每层混凝土浇筑时常需再分成几小层浇筑捣实。根据结构体型大小、钢筋疏密程度及混凝土供应情况，目前施工单位的工法及所有教科书对分小层施工均提出全面分层、分段分层、斜面分层三种浇筑方法(见图)。

从保证结构整体性及混凝土内部振捣密实的角度考虑，当混凝土小时拌合、运输能力能满足全面分层的浇筑强度要求时，以全面分层浇筑的质量最好，因为全面分层浇筑层次清楚，振动器可严格按照技术要点振动混凝土，不会出现漏振，混凝土的整体性、密实性易得到保证，但对于使用泵送混凝土、布料机布料时，设备搬移工作量较大。当混凝土小时拌合、运输能力不能满足全面分层的浇筑强度要求且结构尺寸呈长条形时，采用分段分层浇筑也能保证结构整体性和混凝土的内部密实，且便于采用泵送混凝土、布料机布料，设备搬移次数少，但在施工时要注意各小层台阶分明;垂直与水平接头要处理好。斜面分层施工只适用于结构分层厚度较薄的情况，层厚一般不宜超过0.5~0.6m，如分层厚度较厚时，斜面分层施工就难以保证混凝土的浇筑质量。因为混凝土斜面所需的密实坡度随混凝土坍落度的变化而变化，现场操作工人难以掌握合适的大斜面坡度，也难以将混凝土振实，大斜面结合处极易漏振，以致混凝土的密实性较差，因此在水工结构中禁用斜面分层法施工，而且在今后制定大体积混凝土施工工法时，应做出斜面分层法只有在浇筑层不超过50cm厚度时才允许使用的补充规定。