1、大體積混凝土大體積混凝土 一、大體積混凝土的定義一、大體積混凝土的定義 在工程實踐中常遇到大體積混凝土結構，如大型設備 基礎、高層建筑基礎底板、構筑物基礎、橋梁墩臺、深梁、 水電站壩等。由于這些結構體積大、整體行要求高，往往 不宜留置施工縫。此外，水泥水化時放出大量熱量，當結 構體積大時，混凝土內部聚集的熱量長期不易散失，混凝 土內部和周圍大氣環境間形成較高溫度差，由于溫度應力 常造成混凝土開裂。因此，美國混凝土學會曾強調指出： “任何就地澆筑的大體積混凝土，必須要求采取措施，解 決水化熱及隨之引起的體積變形問題。以最大的限度減少 開裂。”綜述所述，應十分慎重組織大體積混凝土的施工， 以防止出

2、現質量事故。 對于大體積混凝土的定義有不同的解釋，日本建筑學 會標準（jass5）的定義：“結構斷面最小尺寸在 800mm以上，水化熱引起混凝土內的最高溫度與外界氣 溫之差超過25c的混凝土，稱為大體積混凝土。” 我國 某施工單位制定的“大體積混凝土工法”中認為：凡結構 斷面最小尺寸大于3000mm的混凝土塊體；或者單面散熱 的結構斷面的最小尺寸在750mm以上，雙面散熱在 1000mm以上，水化熱引起的最高溫度與外界氣溫之差預 計超過25c的混凝土，均可稱為大體積混凝土。總之大 體積混凝土還沒有一個統一的定義。 但是用結構尺寸大小來定義大體積混凝土結構過于機械， 有些結構的尺寸并不很大（如某

3、些地鐵隧道底板厚度僅 0.5m）但受到外界約束很大，也避免不了出現裂縫。采用 以上定義方法有可能對某些本應屬于大體積的混凝土結構 忽略了對施工的預控。至于用混凝土結構可能出現的最高 溫度于外界氣溫之差的某一規定值來定義大體積混凝土也 不夠嚴密。因為“溫度差”只有在約束條件下才起作用。 當內外約束（限制）較小時，就可允許混凝土和外界溫度 差較大，反之較小。我國有關設計規范中曾規定，當基礎 混凝土28d齡期的極限拉伸值不低于0.8510-4時，施工 質量均勻、良好，短間歇均勻上升的澆筑塊、基礎的容許 溫度差一般按表表5-1 該規定中考慮了約束條件及混凝土的抗拉能力，從而 規定容許溫差，是較科學的。

4、 二、大體積混凝土的溫度及濕度變形二、大體積混凝土的溫度及濕度變形 溫度變形產生的原因很多，在這里僅 討論由于溫度和濕度變化而產生的混凝土 的變形。當升溫時或混凝土吸濕時體積膨 脹，當降溫時或混凝土失水時，體積收縮。 隨著有無限制條件，混凝土的膨脹及收縮 變形產生不同的結果。 大體積混凝土在溫度應力作用下的兩種不利情況大體積混凝土在溫度應力作用下的兩種不利情況 1產生表面裂縫產生表面裂縫 大體積混凝土澆注后一段時間，內部水化熱 不易散失，外部混凝土散熱較快，水化熱溫升隨 壁（板）厚度增加而加大，混凝土內外形成一定 的溫度梯度。無論溫升階段或溫降階段，混凝土 中心溫度總是高于混凝土表面溫度。根據

5、熱脹冷 縮原理，中心部分混凝土膨脹速率要比表面混凝 土大。因此，混凝土中心與表面各質點間的內約 束以及來自地基及其他外部邊界約束的共同作用， 使混凝土內部產生壓應力，混凝土表面產生拉應 力。當溫度梯度大到一定程度時，表面拉應力 （t）超過混凝土的極限抗拉強度rf（t）時，混凝 土表面產生裂縫。在升溫階段，混凝土未充分硬 化，彈性模量小，徐變影響較大。因此拉應力較 小，只引起混凝土表面裂縫。 2產生貫穿裂縫產生貫穿裂縫 隨著水泥水化反應的結束及混凝土的不斷散 熱，大體積混凝土由升溫階段過渡到降溫階段。 溫度降低，混凝土體積收縮。由于混凝土內部熱 量是通過表面向外散發，降溫階段混凝土中心部 分與表

6、面部分的冷縮程度不同，在混凝土內部產 生較大的內約束，同時地基與邊界條件也對收縮 的混凝土產生較大外約束。內外約束的作用，使 收縮的混凝土產生拉應力，隨混凝土的齡期增長， 抗拉強度rf（t）增大。彈性模量e（t）增高，徐 變影響減小。因此降溫收縮產生的拉應力（t） 較大，易在混凝土中心部位形成較高拉應力區， 若此時的混凝土拉應力（t）大于混凝土此齡期 的抗拉強度rf（t），則大體積混凝土產生貫穿裂 縫。 三、大體積混凝土結構裂縫控制的綜合措施三、大體積混凝土結構裂縫控制的綜合措施 （一）降低澆注溫度及硬化過程中的混凝土溫度（一）降低澆注溫度及硬化過程中的混凝土溫度 1混凝土原材料的預冷卻混凝土

7、原材料的預冷卻 混凝土原材料的預冷卻，不僅可以降低混凝土的澆注溫度， 而且還可削減混凝土內部的最高溫度，并減少最高溫度與穩定 溫度之間的差值，從而把混凝土內的溫度變化控制在允許范圍 之內，以防止裂縫的產生。 （1）冷卻攪和水或摻冰屑 在暑期施工中，一般采用冷卻拌和水或摻冰屑的辦法，達 到降低混凝土拌和溫度的目的。 在拌和水中加冰，必須使冰在拌和過程中完全融化，否則， 待混凝土澆筑后冰屑融化，在混凝土中形成空洞，影響混凝土 的質量。 （2）預冷骨料 當混凝土體積特大或氣溫很高時，單靠冷卻拌和水法往往 滿足不了要求，故還需與預冷骨料配合使用，預冷骨料通常有 濕法、干法與真空氣法三種。 1）濕法冷卻

8、）濕法冷卻：主要有浸水法、噴水法 。 浸水法 粗骨料的預冷最常用的是浸水法，既把骨料 放在12的冷水中進行冷卻。故其方法是建一些大容積 的料倉（稱為冷卻塔），內裝約1/3的冷凍水，用進料皮 帶機將骨料送入倉內，直到裝滿為止，然后不斷通入冷凍 水，循環至預定時間內停止進水，排去倉內水，最后將骨 料卸入出料皮帶機，運送至攪拌站的石子料倉內。這種方 法冷卻效果好，工藝流程簡單，但需要大量的冷卻設備。 噴水法 骨料在運輸過程中，在指定地點裝設噴水管， 沿途噴灑冷水。這種方法冷卻效果不好，耗水多，經濟效 益差。 2）干法冷卻）干法冷卻：是用冷空氣對骨料進行吹風冷卻，亦有兩 種方式：一種方式是在攪拌樓的骨

9、料倉內進行冷卻。此時 需將料倉封閉，由通風系統通入冷風。為了達到預定冷卻 效果，骨料需在倉內滯留一定的時間。另一種方式是在運 送過程中用冷風使骨料冷卻。此時，沿輸送骨料的皮帶機 應設冷風道、冷氣供風管及回風管。冷風還需有足夠的長 度。 3）真空氣法）真空氣法：是利用在骨料中水分蒸發、吸熱而冷卻骨 料。冷卻時，將骨料裝滿在封閉的料倉中，抽出幾乎所有 的空氣。然后將真空保持一定的時間。 2低水泥水化熱低水泥水化熱 （1）水泥的選用 應優先采用水化熱低的礦渣水泥配制大體積混凝土， 當混凝土的強度等級為c15時，可采用325號礦渣硅酸鹽 水泥，當混凝土強度等級為c20或c20以上時，宜采用 425號的

10、礦渣硅酸鹽水泥；也可用525號水泥，但注意用 量。 對大體積混凝土所用的水泥，應進行水化熱測定，水 泥水化熱的測定按現行國家標準水泥水化熱試驗方法 （直接法）進行，配制混凝土所用水泥7天的水化熱宜 不大于250kj/kg。 （2）混凝土強度選用 避免用高強混凝，盡可能選用中低強度混凝土，基礎 混凝土的強度等級宜在c25c35的范圍選用，利用后期 強度r60。 （3）大體積混凝土配合比的選擇 在滿足設計要求及施工工藝要求的前提下，應盡量減 少水泥用量，以降低混凝土的絕熱溫升。 1）采用減水劑、減少用水量及水泥用 量； 2）合理選擇骨料粒徑及級配、沙率， 以在保證混合物和易性的原則下盡可能減 少用

11、水量以降低水泥用量。 3）采用優質粉煤灰等活性摻和料取代 水泥用量；改善混合物和易性，可減少用 水量，提高混凝土結構的后期強度及耐久 性。 3降低核心部分混凝土溫度 澆注混凝土時預埋鋼管，混凝土硬化 過程中向鋼管內通入冷水，以降低核心部 分混凝土溫度。 （二）提高混凝土極限抗拉強度（二）提高混凝土極限抗拉強度 1選擇良好級配的粗骨料，嚴格控制 其含泥量不大于1.5。 2加強混凝土的振搗，采用二次投料 法及二次振搗法，加強早期養護，并在澆 注后及時排除表面積水以提高混凝土濕度 和早期齡期抗拉強度，減少收縮變形。 3在大體積混凝土內設置必要的溫度 配筋（采用小直徑、密間距）。在應力集 中處如界面突

12、變或轉折處，底板（頂板） 與墻轉折處，孔洞轉角及周邊，增加斜向 構造配筋，以防止出現裂縫。 （三）改善約束條件，削減溫度應力（三）改善約束條件，削減溫度應力 1采取分層或分塊澆筑大體積混凝土，合理設置水 平或垂直施工縫，或在適當的位置設置施工后澆帶，以放 松約束程度，并減少每次澆筑長度的蓄熱量，以防止水化 熱的積聚，減少溫度應力。 2對大體積混凝土基礎與巖石地基，或基礎與厚大 的混凝土墊層之間設置滑動層，如采用平面澆瀝青膠鋪砂 或刷熱瀝青或鋪卷材。在垂直面、鍵槽部位設置緩沖層， 可用鋪設3050mm厚瀝青木絲板或聚苯乙烯泡沫塑料， 以消除嵌固作用，釋放約束應力。 3采用合理的平面和里面設計。避

13、免截面突變，從 而減小約束應力。 （四）加強施工中的溫度控制（四）加強施工中的溫度控制 1在大體積混凝土工程施工前，應對施工階 段大體積混凝土澆注的溫度、溫度應力及收縮應 力進行驗算，確定施工階段大體積澆注塊體的升 溫峰值、里外溫差及降溫速度的控制指標及制定 溫控施工技術措施。溫度控制應圍繞如何防止因 溫度變形而引起的結構物開裂為核心。 溫度控制的目的，就是要對混凝土的初始溫 度（澆筑溫度），和混凝土內部的最高溫度進行 人為的控制。 溫度控制措施必須建立在嚴密的科學基礎上。 不但要有溫度控制的要求，而且還應計算出各齡 期混凝土內的溫度應力。只有采取溫度及應力 “雙控制”的方法，才能最大限度地避

14、免結構物 出現開裂的情況。 2合理安排施工程序，控制混凝土澆注面在 澆筑過程中均勻上升，避免混凝土拌合物堆積高 差過大。在結構完成后及時間回填土，避免其側 面長期暴露。 3加強測溫和溫度監測與管理，實行信息 化控制，隨時控制混凝土內的溫度變化，混凝土 的中心溫度與表面溫度之間的差值（tmax tb），基底面溫差以及混凝土表面溫度與室外空 氣中最低溫度之間的差值（tb tq），均應小于 20c；經過計算確認結構物混凝土具有足夠的 抗裂能力時，允許不大于2530c。及時調整 保溫及養護措施，使混凝土的溫度梯度和溫度不 至過大，以有效控制有害裂縫的出現。 4規定合理的拆模時間，拆模時間應考慮氣 溫環

15、境等情況，必須有利于溫度控制，即拆模后 混凝土的溫差不能太大，拆模后及時回填土。 5混凝土澆筑后，做好表面的長時間保溫保濕 養護，延緩降溫時間和速度，以充分發揮混凝土 的“應力松弛效應”，以減低溫度應力。夏季及 常溫應在澆筑后及時灑水養護，以保持混凝土表 面經常濕潤為原則，模板上亦應經常灑水。夏季 應避免曝曬，注意保溫。冬季應采取措施保溫覆 蓋，以免發生急劇的溫度梯度。當氣溫驟降，為 防止表面散熱過快，內外溫差過大，可用碘鎢燈 或其他加熱裝置加熱表面。 混凝土的養護時間，應根據水泥品種而定。 利用后期強度的混凝土，以及在干燥、炎熱氣候 條件下，應延長養護時間，至少養護28天，對裂 縫有嚴格要求

16、時，應再適當延長。 大體積混凝土養護時間：普硅水泥14d；火 山灰質水泥、礦渣水泥、大壩水泥、礦渣大壩水 泥21d；在現場摻用混合材料的水泥21d。 （五）混凝土混合物中摻入膨脹劑（五）混凝土混合物中摻入膨脹劑 混凝土混合物中摻入膨脹劑，為大體積混凝 土的施工開辟了一個嶄新的領域。膨脹劑在混凝 土內部產生的膨脹受到內部限制（包括混凝土本 身及鋼筋的限制）。因此是限制膨脹。在正確使 用膨脹劑及摻量正確的前提下，膨脹劑的微膨脹 作用可部分地抵消大體積混凝土的限制收縮，從 而防止或減少收縮裂縫。因此摻膨脹劑的混凝土 稱為補償收縮混凝土。 采用摻入膨脹劑的措施來防止大體積混凝土 的開裂，相對來說比其他

17、措施較簡便、較經濟。 在二十世紀八十年代邯鄲鋼鐵廠中柱四輥主軋機 基礎是長27.2m寬16.9m深10.1512.15m的大體 積混凝土結構，混凝土體積約4500m3。在研究防 止大體積混凝土施工時開裂措施方案時，技術經 濟分析表明摻膨脹劑并保溫的方案的費用為73萬 元，冰水攪拌混凝土并埋鋼管通水及保溫的方案 需費用210萬元。 五、大體積混凝土施工五、大體積混凝土施工 （一）保證大體積混凝土連續澆筑的措施（一）保證大體積混凝土連續澆筑的措施 大體積混凝土施工的另一特點是整體性要求 高，不允許留設施工縫，在施工中應當采取措施 保證混凝土澆筑工作能連續進行。因此在制定大 體積混凝土施工方案時應計

18、算混凝土的澆筑量。 并根據混凝土的澆筑量確定所需攪拌機、運輸工 具和振動器的數量，以及所需勞動量，進行勞動 組織。 常用的澆筑方案有以下幾種（見圖（見圖5-4） （a）全面分層全面分層 在整個模板內全面分層，澆筑區面積即 為基礎平面面積，第一層全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第 二層，第二層要在第一層混凝土初凝之前，全部澆筑振搗 完畢。采用這種方案，結構的平面尺寸一般不宜太大。 （b）分段分層分段分層 混凝土從底層開始澆筑，進行一定距 離后就回頭澆第二層，如此向前呈階梯形推進。當結構的 厚度不大，分層較少時，混凝土澆筑到頂后，第一層末端 的混凝土還未初凝，又可從第二層依次分層澆筑。適于在 結構平面面積較大時采用。 （c）斜面分層斜面分層 當結構的長度大大超過厚度三倍時， 可采用本方案。振搗工作從澆筑層斜面的下端開始，逐漸 上移，以保證混凝土的澆筑質量。 全面分層 澆筑強度計算：q（t1t2）fh qfh（t1t2） 分段分層 澆筑強度計算： ) 1( )( ) 1()( 21 21 nhb ttq lnhlbttq 斜面分層 澆筑強度計算： 21 21 )( tt hbh qhbhttq （二）大體積混凝土施工的溫度監測（二）大體積混凝土施工的溫度監測 大體積混凝土施工中加強溫度監測，實行信息化控制。 隨時掌握混凝土內的溫度變化對于防止開裂有