大体积混凝土一次浇筑技术
摘 要:对大体积混凝土施工中的主要技术难点进行了简要的阐述,对配合比设计、测温、养护提出了一些可供借鉴的方
法,实践证明,该方法取得了良好的效果。
关键词:裂缝,干燥,降温,养护
中图分类号:TU755. 6 文献标识码:A
大体积混凝土施工的主要技术难点是防止混凝土表面裂缝
的产生。造成大体积混凝土开裂的主要原因是干燥收缩和降温
收缩。处于完全自由状态下的混凝土,出现再大的均匀收缩,也
不会在内部产生拉应力。当混凝土处在地基等约束条件下时,内
部就会产生拉应力,当拉应力超过当时混凝土的抗拉强度时,混
凝土就会开裂。
混凝土中水泥水化用水大约只占水泥重量的20 % ,在混凝
土浇筑硬化后,拌合水中的多余部分的蒸发将使混凝上体积缩
小。混凝土干缩率大致在(2～10) ×10 - 4范围内,这种干缩是由表
及里的一个相当长的过程,大约需要4 个月才能基本稳定下来。
干缩在一定条件下又是个可逆过程,产生干缩后的混凝土再处于
水饱和状态,混凝土还可有一定的膨胀回复。
值得注意的是早期潮湿养护对混凝土的后期收缩并无明显
影响,大体积混凝土的保湿养护只是为了推迟干缩的发生,有利
于表层混凝土强度的增长,以及发挥微膨胀剂的补偿收缩作用。
大体积混凝土浇筑凝结后,温度迅速上升,通常经3 d～5 d
达到峰值,然后开始缓慢降温。温度变化产生体积胀缩,线胀缩
值符合ΔL = L0 ·α·ΔT 的规律, 这里线胀缩值数取1 ×10 - 5
(1/ ℃) 。因为混凝土的特点是抗压强度高而抗拉强度低,而且混
凝土弹性模量较低,所以升温时体积膨胀一般不会对混凝土产生
有害影响。但在降温时其降温收缩与干燥收缩叠加在一起时,处
于约束条件下的混凝土常常会产生裂缝,起初的细微裂缝会引起
应力集中,裂缝可逐渐加宽加长,最终破坏混凝上的结构性、抗渗
性和耐久性。
混凝土降温值= 温度+ 水化热温升值- 环境温度。其中温
升值的影响因素主要有水泥品种和用量、用水量、大体积混凝土
的散热条件(主要包括浇筑方法、混凝土厚度、混凝土各表面的能
力和其它降温措施) 等。
为尽量发挥混凝土松弛对应力的抵消作用,同时避免在混凝
土硬化初期骤然产生过大的应力,应该减慢降温速度。一般规
定,混凝土内外温差不大于25 ℃,降温速度不大于1. 5 ℃/ d。
该项目大体积混凝土的特点是:
1) 基础厚1. 2 m;
2) 基础做了SBS 防水;
3) 混凝土一次浇筑3 800 m3 ;
4) 混凝土强度等级C40。
1 混凝土配合比设计
对配合比设计的主要要求是:既要保证设计强度,又要大幅
度降低水化热;既要使混凝土具有良好的和易性、可泵性,又要降
低水泥和水的用量。
1) 选用太原水泥厂生产的32. 5 MPa 矿渣水泥,水泥用量仅为
340 kg/ m3 。
2) 大掺量I 级粉煤灰(国外高达30 %) 。掺量高达100 kg/ m3 ,
占水泥用量的29 % ,占胶凝材料总量的21 %。在大体积混凝土
中掺粉煤灰是增加可泵性、节约水泥的常用方法。矿渣水泥本身
就掺有20 %～70 %活性或惰性掺合料,再在矿渣水泥中掺近
30 %的粉煤灰,而且要配制大坍落度的C40 混凝土,非常少见。
这个掺量巳接近GBJ 146290 粉煤灰混凝土应用技术规范的规定
的上限。
2 预测温度、应力,设计养护方案
在约束条件和补偿收缩措施确定的前提下,大体积混凝土的
降温收缩应力取决于降温值和降温速率。降温值= 浇筑温度+
水化热温升值- 环境温度。
为了防止大体积混凝土裂缝的产生,通过计算预测了混凝土
的浇筑温度、混凝土温升值的可能产生应力,并据此制定了降低
浇筑温度、控制温升值措施,预先制定减缓降温速率的方案和一
旦出现意外情况的应急措施。
2. 1 计算混凝土内最大温升
据资料介绍,有三种计算公式,其一为理论公式:
ΔT( t) = Wc ×Q ×(1 - e - mt) ×ζ (1)
另一个为经验公式:
ΔTmax = Wc/ 10 + FA/ 50 (2)
当混凝土厚度超过3 m 时,计算值与实测值偏差过大。建议
把上述经验公式改为:
ΔTmax = Wc ×Q ×0. 83/ Cб+ FA/ 50 (3)
公式(1) 可计算各个龄期混凝土中心温升,从而计算每个温
度区段内产生的应力,还可找出达到温升峰值的龄期,从而推定
采取养护措施的时间。但在介绍该公式的资料中并没有详细说
明其适用范围。
该公式似乎未能把大体积混凝土的散热条件和平面尺寸的
影响因素充分考虑进去。如能根据不同情况调整m 和ζ的取值,
可能会使计算值更接近实际。
在该工程中,按公式(1) 计算的结果与后来的实测值偏差较
大,升温峰值出现的时间也比实测值偏后。据了解,其它工程的
计算也有类似情况。
公式(2) 计算较简便,在该工程中计算值较实测值偏差较小,
但无法据此计算应力,也找不出升温峰值出现的时间。因该工程
混凝土厚度是1. 2 m ,若按公式(3) 计算,计算值最接近实测值。
三个公式,三种结果。在考虑施工、养护方案时,均按最不利的情况考虑,以求稳妥。
2. 2 混凝土中心温度值
T1 = T2 +ΔT( t) ,
因为ΔT( t) 计算值较高,夏季的浇筑温度T1 应采取措施降
下来。如果不采取水中加冰等降温措施,计算得:
混凝土拌合温度:
Tc = ΣTi·Wi·Ci / ΣWi·Ci = 29. 1 ℃。
混凝土出机温度:
Tj = Tc - 0. 16 ( Tc - Td) = 30. 1 ℃。
混凝土浇筑温度:
Tj - T1 + ( Tq - T1) ( A1 + A2 + ⋯) = 29. 7 ℃。
这个温度是昼夜平均浇筑温度,如果白天最高气温是35 ℃,
这时的浇筑温度Tj = 31. 4 ℃。为了降低Ti ,采取如下措施:料场
石子进仓前用凉水冲洗,水泥在筒仓内存放15 d 以上,晴天泵管
用湿岩棉被覆盖,气温高时拌合水中加冰降温。其中,拌合水中
加冰效果最好。
可见,每使混凝土浇筑温度下降1 ℃,平均要使拌合水温下
降近6 ℃。要使混凝土浇筑温度下降3 ℃,至少每m3 混凝土要
加0 ℃冰40 kg。无论如何,在工程中实际浇筑温度Tj ,都不能超
过32 ℃。
3 确定保温材料的厚度,预测混凝土表面温度
据公式(3) 计算,混凝土中心最大温升达47. 3 ℃,假如浇筑温
度是30 ℃,混凝土中心温度将达77. 3 ℃。如果环境平均温度Tq
= (35 + 23) / 2 = 29 ℃。两者平均温差将有48. 3 ℃,这是无论如何
不能允许的。解决办法是在混凝土开始降温时,在其表面覆盖保
温材料,使表层混凝土温度提高,达到减小混凝土内表温差的目
的。
一般规定:混凝土内表温差T1 - T2 ≤25 ℃,对于较厚的混凝
土,此温差值可适当放宽。
由此可见,即使在炎热的夏季,大体积混凝上在降温阶段要
“保温”养护。
经过计算,提出两种养护方案供施工时选择。
一种是盖一层塑料薄膜和一层3 cm厚的防水岩棉被。
另一种是蓄水2 cm～12cm养护,深度随当时混凝土内外温差
增减。前者的优点是保温性能较好,可缩小混凝土内表温差,减
慢降温速度,从而有利于混凝土抗裂,但缺点是可能因降温速度
过慢而延长养护时间;但如遇环境温度骤降造成混凝土内表温差
过大时,较难采取临时加强保温的措施。
实际施工中采用了第一种养护方案,养护效果很好。塑料薄
膜很有效地保证了混凝土表面的潮湿,既保证了表层混凝土的强
度增长,又使前3 周的降温阶段不致出现干燥收缩,还保证了微
膨胀剂充分发挥补偿收缩的作用。
岩棉被的效果也恰到好处,当混凝土表面温度过高,不利于
降温时,局部揭开岩棉被加快降温。下过几场大雨后,岩棉被被
水浸透,导热系数增大,使混凝土浇筑后3 周的降温速度始终较
好地控制在1. 3 ℃/ d～1. 5 ℃/ d 范围之内。
4 结语
1) 基础大体积混凝土施工,一次浇筑量大,厚度大,强度等级
高,在夏季炎热天气施工,技术难度大。混凝土浇筑后,经过3 个
星期保温保湿养护,效果理想。
要施工好超厚、高强度等级的大体积混凝土,关键要有一个
先进的混凝土配合比,有一套严谨的施工组织设计,有一套科学
的养护工艺,有一种严谨的工作作风。
2) 配制大体积混凝土,关键在于水化热要低,大掺量I 级粉煤
灰和低用量的矿渣32. 5 MPa 水泥相结合是该工程成功的关键之
一。它有效地降低了水化热,提高了可泵性,从而提高了表层混
凝土的强度。
在大体积混凝土的湿热养护条件下,混凝土早期强度发展得
很好,有效地防止了混凝土裂缝的出现。
微膨胀剂确实起到了补偿收缩作用。根据计算,自降温开
始,混凝土表层就应该出现拉应力。可是在实测中,始终未测到
拉应力。除混凝土松弛,养护阶段没发生干缩外,微膨胀剂功不
可没。
3) 大体积混凝土施工,养护和浇筑同样重要。保湿是前提,
控制降温速度是关键,监测是根据 谢谢你的分享 在这里学到的东西忒多! 谢谢楼主，在这学了很多东西，呵呵 技术措施不是太到位
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