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浅谈大体积混凝土施工质量控制要素

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2020年第35期作者：徐展

[导读] 摘要：在当今社会，无论是公路桥梁工程，还是水利水电工程，只要属于土木工程，都会存在许多大体积混凝土结构物。

        江苏恒基路桥有限公司江苏常州 213002
        摘要：在当今社会，无论是公路桥梁工程，还是水利水电工程，只要属于土木工程，都会存在许多大体积混凝土结构物。那么，什么才是大体积混凝土？在《大体积混凝土施工标准》GB 50496-2018里提出：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，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，称之为大体积混凝土。大体积混凝土浇筑的施工工艺、施工方法影响着整个结构物的质量、强度和耐久性，但是影响大体积混凝土施工的因素很多，例如施工过程中水泥水化热引起的温度应变和混凝土自身收缩等变形，很容易就使大体积混凝土产生裂缝，进而影响工程整体的质量。本文应用大体积混凝土承台施工工艺，简要分析公路桥梁、水利水电等工程项目中的大体积混凝土施工质量控制。
        关键词：大体积混凝土、施工控制、质量控制
        1、大体积混凝土（承台）施工的流程
        开挖基坑→浇筑垫层、测量放样→钢筋加工、绑扎→安装模板→安装预埋件→砼浇筑→拆模养护→回填
        1.1基坑开挖
        一般情况下，现场开挖基坑采用挖机进行开挖，辅以人工修整，基坑边坡根据土质情况进行放坡。临时开挖出来的土方应堆放在远离基坑上口2米以上的位置，保证基坑的稳定性。基坑开挖完成后，将土方外运至弃土场，基坑上口采用2%横坡进行排水，基坑的开挖深度应控制在承台底标高往上10cm左右，剩余的10cm由人工进行开挖，直至设计坑底。基坑开挖到位后，应及时沿坑底四周设置排水沟，并且在一角上设置一个集水坑，将排水沟内的水流引致集水坑，再用水泵将基坑内的积水及时排出，保证坑底的干燥。
        1.2钢筋加工与绑扎
        1.2.1钢筋加工与绑扎
        承台钢筋应在钢筋加工中心集中下料、弯曲成型，然后由专门的运输车辆运至现场绑扎。已经下好料的半成品钢筋应当分类堆放整齐，做好标识。在施工过程中，采取下垫上盖等措施，防止钢筋长期暴露在外，发生锈蚀。根据图纸进行钢筋加工、绑扎，钢筋绑扎必须符合规范要求。钢筋绑扎过程中，应该先绑扎底板钢筋，然后侧墙钢筋，最后绑扎顶板钢筋的顺序一次绑扎到位。
        在进行钢筋绑扎时，先固定四角钢筋的位置，采用垂线法确保四角处钢筋保护层厚度满足要求，然后根据承台轮廓线用粉笔划分出每根钢筋对应的位置，上层钢筋边线通过带线确定，钢筋按照带线位置进行摆放，以保证钢筋整体的线形、间距及保护层厚度，从而保证整体施工质量。承台的主筋应全部采用502焊条进行焊接，保证焊接牢固，然后再采用铁丝将箍筋绑扎牢固。在钢筋绑扎过程中，应保证箍筋与主筋垂直，绑扎钢筋的扎丝丝头应向内翻折，不进入钢筋保护层范围内。钢筋应用高强度混凝土垫块垫高，保证钢筋保护层厚度。同一个平面内垫块可以按梅花型进行布置。
        1.2.2冷却管布置
        针对大体积混凝土承台的施工，根据现场及设计要求在承台内部布置冷却管进行降温。冷却管采用具有一定强度的黑铁管，黑铁管内径为30mm，壁厚为2.5mm。冷却管在安装时必须注意管道的畅通，丝口应当接口可靠，并做通水检查。进、出水口材料使用塑料管。冷却管的平面位置和每层高度应当根据承台内钢筋布置的位置作适当调整。若冷却管与承台钢筋的位置重叠时，管道位置可以作适当挪动。切记，冷却管施工必须验收到位后才可以封模。
        1.3模板安装
        大体积混凝土承台安装的模板工程量巨大，因此模板安全稳定系数应该适当提高。大体积混凝土承台模板宜采用组合钢模板，模板表面平整度和拼缝质量必须满足规范设计要求，模板背面设置3道纵向通长槽钢，以加强模板的整体稳定性。由于承台高度较大，混凝土浇筑时对外侧模板产生的侧压力较大，侧模主要采用内部3层φ16拉杆加固，侧模外侧辅以方木支撑固定，侧模顶部采用对拉螺杆将相对应的两侧相连，以确保模板内长宽尺寸符合设计要求。模板从端部模板开始，按顺时针方向逐块进行安装固定，模板安装到位后，对模板的整体稳定性、支撑、螺杆间距、模板的几何尺寸、拼缝、连接牢固程度等进行全面检查，并且及时做好相应的检查记录。
        1.4混凝土浇筑
        大体积混凝土浇筑应当采用补偿收缩混凝土。首先采用低水化热水泥，除此之外必须使用双掺技术，适当掺入减水剂，还有优质粉煤灰，冲水冷却混凝土的粗骨料。混凝土浇筑方式宜为分层浇筑，振动棒在振捣过程中必须做到快插慢拔，同时，振动棒应进行上下小幅抽动，保证上下层混凝土振动均匀，位置振动每个点应为15-35s。最终的振捣结果，以看到混凝土表面水平，不再发生明显沉降，而且没有气泡产生，表面呈泛浆状。在进行分层振捣时，必须插入下层混凝土一段距离，以消除先后两层混凝土之间的浇筑接缝。在浇筑混凝土过程中，应当每相隔半小时，在初凝时间内的混凝土之上，复振一次已浇筑完成的混凝土，排除混凝土会在在粗骨料和水平筋下部生成的空隙和水分，钢筋与混凝土之间的握裹力势必提高，密实度增强。大体积混凝土浇筑过程中表面会存在较厚的水泥浆，在浇筑结束后的两到三小时内，应当及时用水平刮尺刮平，搓平压实在混凝土初凝前结束，以防止混凝土表面龟裂。
        1.5冷却管
        承台混凝土一旦开始浇筑，承台内的冷却水管就必须立即通水冷却，通水时间应至温度峰值过后。通水过程中对管道流量、进出水温度进行测量记录（每4-6小时测1次），采用在水管内插入温度计的方法对混凝土内外温度进行实时监控，采取相应的措施以保证混凝土的内外温差控制在20℃之内。水管通水完成后，立即灌注C40水泥浆，然后封孔，同时拔出进出口塑料管。
        1.6养护及温度监控措施
        ①混凝土表面经过二次抹压、收面之后，应当立即迭缝覆盖一层塑料薄膜和土工布，养护好已经浇筑完成的混凝土，以减慢混凝土表面的水分蒸发，保持混凝土表面处于湿润状态。同时，承台侧面的混凝土面也需要用土工布进行覆盖，并适时进行洒水养护。
        ②在混凝土养护的初期，混凝土内部温度处于上升阶段，需要努力提高混凝土养护的环境温度，让混凝土内外部的温差控制在20℃以内，这样使得在混凝土内部温升所处峰值出现之前，混凝土自身的抗拉强度能够抵抗温缩；
        ③随着混凝土养护龄期不断增加，混凝土内部温度会逐渐下降，整体强度会有所提高，可以逐渐将其内外部的温差拉大到30℃，并且应当持续养护的时间不少于14天。
        2、大体积浇筑裂缝产生原因
        ①水泥水化热。水泥在水化过程中会产生一定的热量，由于大体积混凝土承台截面厚度较大，热量容易聚集在结构内部，引起温度不断升高。混凝土导热较差，散热差。并且混凝土浇筑初期，强度比较低，无法完全约束水化热所产生的变形。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗温度应力时，温度裂缝也随即产生。
        ②约束条件。大体积混凝土由于温度变化，势必会产生相应的变形，这种变形在约束的作用下，产生应力。在全约束条件下，承台混凝土的变形，是混凝土线膨胀系数和温差的乘积。当变形大于混凝土的极限拉伸值时，结构裂缝便会产生。由于结构不可能存在全约束的情况，且混凝土的徐变变形还在进行，所以当混凝土内与混凝土外温差达到25℃~30℃情况下混凝土也有可能不存在开裂的情况。
        ③混凝土收缩变形。由于混凝土拌合会产生水化反应，只有约20%的水分是水泥水化所需，其余80%水分都是要被蒸发掉的，因此，混凝土多会发生收缩变形。收缩的机理比较复杂，混凝土成分和后期养护占绝大部分因素。
        ④内外部温差。混凝土内部和外部温度差产生温度应力。内部由于水化热，温度不断升高。混凝土外部环境温度越高，混凝土的浇筑温度也会随即高；如果外界环境温度呈下降趋势，也会提高混凝土的降温幅度，特别在外界环境气温下降比较快的时候，外层混凝土与内部混凝土的温度梯度更大，这对大体积混凝土非常不利。
        3.质量控制要点及保证措施
        3.1混凝土浇筑时温控要点：
        严格把控入模时混凝土的温度，混凝土的每次浇筑，都需要使用插入式温度计来对内部混凝土进行有效的温度量测，务必保证入模时的混凝土温度不低于5℃。
        加强对存在于冷却管中循环水温度的监测，若混凝土内部和外部的温差大于20℃时，需要立即采取冷却管内循环换水的注水速率，将温差必须控制在20℃内，避免因温差过大随即而产生的有害裂缝。
        温控指标必须符合下列要求，这也是规范里所要求的：
        混凝土浇筑在入模温度计算基础上，过程中相比，温度升高值，不宜大于50℃。
        混凝土浇筑体的内里和外部环境温差值，不宜大于20℃；混凝土浇筑环境表面与所处大气环境温差，最好不大于20℃。
        混凝土内部冷却管进行通水降温时，进出口的水温差，宜小于或等于10℃。
                       大体积承台内部温度记录

        3.2质量保证措施
        3.2.1大体积混凝土承台防止裂缝所采取的控制措施：
        1、采用安定性合格的水泥。
        2、采用冷却管进行循环水降温，以减少混凝土所产生的水化热。
        3、及时并持续养生。
        4、同一承台所处不同位置的温度差必须在允许范围内。
        3.2.2质量控制措施:
        1、混凝土拌和站的出料时间和出料量应当把握到位，运送到现场的混凝土必须经过和易性和坍落度的检查，在浇筑现场必须配备相应的外加剂，随时调整混凝土的状态。
        2、现场施工人员交底。在浇注混凝土时，混凝土振捣的速度与泵送的速度要相匹配。
        3、混凝土浇筑冷缝不能存在，浇筑前后罐车的交错时间务必保证，而且在初凝前必须进行。
        4、振捣的密实必须保证，振捣的时间严格控制，振捣棒插入的深度和移动的距离必须把握，禁止漏振及过振。
        5、温度的监控实时进行，浇筑完后的覆盖保湿保温措施必须到位，但必须注意的是，覆盖层也不应太厚，导致过热而产生问题，过热时应当立即揭开覆盖层，保证承台散热的通畅。
        6、对于冷却管和外部洒水降温等措施，相关人员职责必须落实到位。在混凝土降温措施采取期间，循环换水流水量和实测混凝土温度的测量持续进行，相应记录必须做好，使混凝土的内外温度差在实时监控范围中。
        3.3后期把控
        布置在承台混凝土内部的冷却管，需要注入循环水，来进行内部的冷却降温。持续通水时间至少需要达到14天，内外部温度测量持续记录。发现内外温差大于20℃时，则加快注水速度、注水量。
        结束语：
        本文通过参与对现场大体积承台的施工过程，对大体积混凝土所要求的施工要点、质量控制及裂缝预防和监测，分析裂缝产生原因，避免由于施工不当和材料、环境影响等，对大体积混凝土工程质量产生影响。
        随着现代社会发展，无论是公路工程，还是水利水电工程，都会有大体积混凝土施工，本文通过大体积混凝土承台施工过程，简单分析大体积混凝土施工质量控制要素，希望对今后相似大体积浇筑，能够提供有力的借鉴和指导作用。
        参考文献：
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        [2]水利水电大坝工程大体积混凝土应用技术研究[J].郑功林.中文科技期刊. 2017(01)
        [3]浅谈大体积混凝土裂缝控制[J]. 刘忠伟,周胜利.居舍. 2018(28)
        [4]大体积混凝土结构裂缝产生的原因及控制措施[J].颜清波.湖南水利水电. 2010(04)
        [5]GB 50496-2009《大体积混凝土施工标准》.中国建筑工业出版社