大体积混凝土施工技术研究

大体积混凝土施工技术研究摘要摘 要：大体积混凝土在水利和交通工程中十分常见。随着我国经济的进一步发展，近年来大体积混凝土在许多民用工业建设项目中有着非常非常广泛的应用。本论文开篇首先带我们了解大体积混凝土裂缝的危害，其次根据广大工程实践经验，对大体积混凝土产生裂缝的原因进行分析，通过对针对大体积混凝土裂缝产生的原因的分析，我们针对混凝土裂缝产生的因素，制定相应的解决方案，解决此类问题，从而使大体积混凝土施工质量得到提高，避免大体积混凝土裂缝的产生。关键词：大体积混凝土施工裂缝质量目录TOC\o"1-2"\h\z\u1前言12大体积混凝土裂缝产生的危害13混凝土裂缝产生的成因13.1水泥水化热13.2约束条件23.3外界气温23.4混凝土收缩变形34大体积混凝土裂缝预防处理措施34.1从原材料方面控制34.2优化混凝土配合比54.3控制混凝土坍落度54.4施工时质量控制54.5混凝土养护65结论与建议8后记9参考文献9、前言随着中国科技的进步社会的发展，中国人民的物质与生活水平也在不断的提高。为了满足人们对生活质量不断提高，生活环境不断优化的需求，建筑行业也随之迅猛发展。混凝土是建筑工程施工时最常用的基础材料，混凝土质量的好坏直接决定了工程质量，所以混凝土的质量问题一直受到人们的重点关注，其中大体积混凝土施工一直是混凝土施工中的重点，可以说是决定混凝土施工水平与施工质量的重要因素。如果混凝土施工不科学、不合理，会导致混凝土结构产生裂缝。根据我们多年的施工经验，详细分析了大体积混凝土在施工过程中产生裂缝的原因，并提出了改进建议，从而解决大体积混凝土施工的质量通病，提升混凝土施工乃至整个工程的施工质量。

2、大体积混凝土裂缝产生的危害截面积大、体积大这些都是大体积混凝土的主要特点，因其截面积大、体积大带来的影响是混凝土内部因为水泥水化反应释放的大量水化热无法排出，聚集在混凝土内部使混凝土内部温度逐渐升高，与混凝土外部温度形成较大的温差。同时因为混凝土浇筑初期其强度较低，混凝土内外温差产生的温度应力大于其抗拉强度，这样就会导致混凝土开裂，影响混凝土施工的质量。混凝土裂缝的存在同时还存在以下影响，首先，对于大部分裸露在室外的混凝土结构或者构件来说，混凝土裂缝的存在严重影响结构或构建的美观。其次，混凝土裂缝的存在会降低混凝土的耐久性，由于混凝土裂缝的存在会使空气或者水气等直接接触混凝土内部的钢筋，长此以往会使钢筋锈蚀，同时混凝土裂缝中存在的水分在冬季随着日夜交替，水分会有冻融现象的产生，我们都知道冰冻的时候体积会有部分膨胀，随着冻融现象的发生这样会让混凝土裂缝不断的扩大，增加混凝土裂缝的长度、数量、宽度，使混凝土破坏不断加剧，混凝土锈蚀程度不断加深，这样对混凝土构件的整体性产生巨大破坏，同时也破坏了混凝土结构的承载能力，耐久性和混凝土强度。混凝土裂缝的存在很大程度上会造成结构未达到设计要求的荷载而提前损坏，影响结构的安全性，特别是针对某些有特定需求的混凝土结构如蓄水池等，混凝土裂缝更是会导致其失去蓄水功能而报废。施工过程中出现裂缝，需要人工和材料进行二次处理。正是由于上述原因，大体积混凝土的裂缝问题越来越受到工程界的重视，因此我们为了保证混凝土施工的质量，需要加大人力和财力的投入，通过各种科学合理的施工方法以及组织措施避免混凝土裂缝的产生。3、混凝土产生裂缝的成因3.1.水泥水化热什么是水泥水化热呢，我们先通过水泥水化热的定义了解一下。水泥与水作用放出的热，称为水化热，这个很容易理解，然后我们不知道的是水泥水化热是如何危害到混凝土使混凝土产生裂缝呢，下面我就通过其中的一些简单的调查研究来了解这方面的一些问题。水泥的水化作用可以理解为水泥中的矿物质溶解或者与水发生化学反应，发生发化学反应的同时会释放出大量的热量，水泥的化学成分主要为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁酸四钙以及少量的硫化物、石膏等，在水泥发生水化时，水泥的主要成分均与水发生化学反应释放大量的热，这样就会产生水泥水化热。水泥混凝土水化过程的化学反应式： 3(CaO·SiO2)+ 6 H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O +3 Ca(OH)22(2CaO·SiO2)+4 H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)23CaO·Al2O3 + 6 H2O = 3 CaO·Al2O3 ·6 H2O4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O = 3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O因为大体积混凝土的体积大、截面也很大，水泥水化热不易排出，会在混凝土内部大量的聚集，导致大体积混凝土内部温度快速升高，然而外界温度不变，混凝土内部与外部会产生巨大温差，形成较大的温度应力，因为混凝土浇筑的前期，混凝土强度还未达到足够抵抗温度应力的强度，这样混凝土内部的温度应力（拉力）就会大于混凝土本身的约束力（压力），这样就会产生温度裂缝。因混凝土浇筑完毕后的3到5天混凝土温度将达到最高温度，而混凝土的导热性比较差，热量会在混凝土内部大量聚集，产生巨大的温度应力，同时混凝土强度并未达到足以抵抗起温度应力的要求，这时大体积混凝土的裂缝自然就会产生了。3.2.约束条件当混凝土因水化热或者其他原因体积膨胀时，其会受到某一种阻碍物的阻挡，抵抗其变形，这个我们叫它约束。当然约束也分为内部约束和外部约束，就比如模板就是我们常见的外部约束，而混凝土本身的强度，抗拉强度能有效的抵抗温度拉应力，这个我们可以认为是内部约束。混凝土裂缝的产生主要是因为混凝土结构收到的内外约束力不足以抵抗其变形或者拉应力时产生的，通过研究我们不难发现混凝土的变形量与温差成正比关系，当混凝土变形大于混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝，通过实验我们发现当混凝土的内外温差达到25摄氏度到30摄氏度的时候，混凝土就易产生裂缝，所有我们需要采用相应的手段来减小温差，提高约束力以防止大体积混凝土开裂。3.3.外界气温通过上文我们可以看到温度应力越大，混凝土施工越容易产生裂缝，温度应力主要是由内外温差导致的，温差越大，温度应力越大。大体积混凝土施工时，混凝土内部温度与外界的温度温差对产生温度应力有着巨大的影响，混凝土的内部温度主要是由混凝土浇筑时的温度、水泥水化热反应增加的温度和混凝土结构自身散热损失的温度决定的，外界温度主要是有浇筑时以及浇筑后室外气温变化决定的。昼夜温差变化是影响内外温差的主要原因，尤其是冬季昼夜温差较大，混凝土的散热缓慢，这样就很容易造成混凝土内外温差过大而产生温度裂缝，所以我们需要采取相应的措施来减少混凝土内外温差，保持室外温度的稳定，避免混凝土裂缝的产生。3.4.混凝土的收缩变形混凝土施工时会产生一定的收缩变形，主要是因为混凝土搅拌时会加入一定量的水分，随着时间的推移混凝土中的水分会慢慢蒸发，水分蒸发必然会带来混凝土体积收缩，所以在混凝土施工水化过程中，混凝土收缩变形主要是由水分蒸发引起的，恰恰是因为水分蒸发引起的混凝土收缩，所以这种收缩很大程度上能够自己恢复，如果混凝土处于含水状态，混凝土同样也可以恢复到原来的体积，出了上述的收缩变形外，混凝土还会产生碳化收缩。4、大体积混凝土裂缝预防处理措施通过对大体积混凝土进行研究以及分析，我们确定了大体积混凝土裂缝产生的原因分别为水泥水化热、约束条件、外界的气温变化以及混凝土的收缩变形。通过上述原因分析，我们不难看出混凝土裂缝的产生主要温差的影响、混凝土的强度、以及混凝土材料配比等因素的影响。针对这些影响因为，为满足大体积混凝土的施工需求，我们需采取以下的方式解决混凝土裂缝问题。首先，针对温差裂缝的产生，我们可以在增强混凝土自身抗裂性能的前提下，增加混凝土的抗拉强度，从而控制温差裂缝的产生。我们可以从优化混凝土的配合比，改善调整混凝土施工工艺、提高混凝土施工质量以及加强混凝土养护等方面采取相应的措施。4.1、从原材料方面控制 一般我们采用商品混凝土，为了减少水泥的用量和减小混凝土内部温度升高对混凝土施工的影响，我们首先应对混凝土的原材料的质量进行控制，水泥做为混凝土的主要材料我们可以通过选择低水化热的水泥品种来降低水化热的产生，比如矿渣硅酸盐水泥，此类水泥可以有效的减少水化热的产生，但是因为矿渣硅酸盐水泥的析水性相对而言比其他水泥的析水性大，所以采用矿渣硅酸盐水泥制作的混凝土在施工时会有大量的水析出，这种现象我们称之为泌水现象。由于水分蒸发还会带来收缩变形，同样也会造成收缩裂缝的产生，这样不仅仅会影响我们的施工质量还会造成施工进度的滞后甚至误工现象的发生，从而增加我们的施工成本，所以我们需要采取相应的方法或者措施解决矿渣硅酸盐水泥析水的问题。混凝土的泌水性通过其名字我们不难得知，其特性与水有很大的关联，混凝土水的用量越多，混凝土的泌水性就越大，反之则越小，同时混凝土的泌水性还与温度和水泥的成分有很大关系，其中温度越高，水析出的时间就越短，所以施工时我们也要充分考虑到外界温度对混凝土泌水性的影响。所以我们在选用矿渣硅酸盐水泥或者与之性质相似的水泥的时候，我们就一定要解决其泌水性的问题，选择泌水性的水泥时，我们可以在混凝土搅拌的时候加入减水剂，有效的减少混凝土搅拌水的用量，从而减少混凝土的泌水性，同时混凝土施工时我们还可以采用一定的方法排出析水或者在析出水分的地方添加一些干硬的混凝土或者水泥，并且振捣均匀。因为水泥的泌水性，混凝土会产生收缩变形，这样很容易产生裂缝，为解决此问题，我们需要解决因水分蒸发而引起的收缩，我们可以采用收缩性小或者具有微膨胀性质的水泥。微膨胀性质的水泥不仅可以抵消因泌水性产生的收缩变形，还可以在水泥水化作用时产生一定的预压应力，这部分预压应力还可以与混凝土施工产生的水化热引起的温度应力相互抵消，减小混凝土内的温度应力，从另一方面增加了混凝土的抗裂能力，有效的减少裂缝产生的几率。为了减少混凝土的收缩变形，我们可以在混凝土搅拌时加入一定量的粉煤灰，粉煤灰的作用不仅能减少混凝土的收缩变形，还能有效的降低水泥的水化热，增加混凝土的抗渗性，耐久性等等，而且还能一定程度上降低混凝土的成本，同时粉煤灰的存在还能增加混凝土的抗拉强度，减小混凝土中碱性骨料的反应，减少混凝土的泌水性等等，这样能有效的阻止混凝土裂缝的产生。针对混凝土的配合比，我们应选取级配良好的骨料，经过实验确定，选取的细骨料宜采用中粗砂，同时砂子，碎石中泥的含量要控制在百分之一以内，不能混有杂物，同时不能使用海砂。选用中粗砂可以减少水和水泥的用量，从而降低水化热，混凝土搅拌中，我们可以选用粒径大小相近的直径五到二十毫米的连续级配的石子，这样可以最大程度上减小混凝土的收缩变形，综上达到控制混凝土裂缝的作用。大体积混凝土施工时可以在大体积混凝土内部加入大块石头，大块石头的加入能减小混凝土的用量，同时因为石块本身不发生反应，在大体积混凝土中还能够吸收一定量的热量，使得大体积混凝土内部的水化热近一步降低，这样对减小消除混凝土内外温差也起到非常好的作用，从而有效的防止混凝土裂缝的产生。为了解决大体积混凝土水化热的问题以及收缩变形的影响，我们可以在混凝土搅拌中加入相应的外加剂，比如减水剂、引气剂等等，这样能大大的减少混凝土搅拌水泥和水的用量，这些外加剂的存在还对混凝土的性能有所提高，增加了混凝土的力学性能，增加混凝土的耐久性和强度，通过减少水的用量，水泥的用量降低水化热，增加强度能有效的提高混凝土的应力，均能有效的控制温度裂缝的产生。4.2、优化混凝土的配合比为了解决混凝土收缩开裂的问题，我们可以合理优化混凝土的配合比，使用高效混凝剂、减水剂等等，这些外加剂可以有效的增强混凝土的强度、减少水泥和水的使用量，从而降低水泥水化热，加长了混凝土上升至最高温度的时间，减轻干缩变形对混凝土施工的影响。因为混凝土是有粗细骨料组成的，混凝土施工必须要满足使用需求，所以混凝土要求必须要有很好的和易性，也就是说粗骨料之间必须有足够的细骨料以及浆液，使得粗骨料之间有足够的空间，同时也要有足够的浆液填充砂子之间的缝隙，起到润滑的作用，因为合理的优化骨料之间的配比是十分必要的，通过实验确定最适合的碎石与砂子、水泥、水之间的比例，降低混凝土的孔隙率及表面积，减少水泥用量，降低水化热，减少干缩变形，控制混凝土裂缝的产生 4.3、控制混凝土坍落度混凝土的坍落度是混凝土质量的一个重要的标准、然而混凝土的混合用水量及水灰比是影响混凝土坍落度的重要因素，因此实际工程中，我们对所有进场的商品混凝土都必须进行塌落度实验，做好检验监控工作，保证混凝土的塌落度保持在4至6厘米左右，并且混凝土的塌落度每个检测单位都需要进行检测，从而保证混凝土的良好的施工性能。有效的减少施工裂缝的产生。4.4、施工时的质量控制4.4.1大体积混凝土浇筑的质量控制为了减少大体积混凝土裂缝的产生，我们在大体积混凝土浇筑时采取一定的施工方法或者组织措施，降低水泥水化热，减少收缩变形。首先我们在大体积混凝土施工时可以采取分层分段浇筑的方式进行，分层分段浇筑混凝土的方式能够加大混凝土外表面的面积，加快混凝土热量的散发，使混凝土的温度分布均匀，这样还有利于混凝土的施工以及振捣。混凝土分层浇筑的时候需要合理安排分层的厚度，分层的厚度既要满足混凝土热量的快速散发也要满足混凝土的施工需求，防止产出层间裂缝，所以分层浇筑混凝土时要控制分层浇筑的时间，要在下层混凝土凝固之前进行，同时上层混凝土浇筑时，振捣棒需要插入下层混凝土之中并且深度不得少于5厘米，同时分层的厚度也有一定的要求，需小于振捣棒的1.25倍。混凝土浇筑施工时，监理单位必须指派专人负责旁站监督，保证大体积混凝土施工的整体性。同时按照相关规定检查施工单位混凝土浇筑的分层厚度以及浇筑时间、振捣等等，避免混凝土分层之间出现冷缝。其次为了避免混凝土施工时产生离析的现象，混凝土施工时需采用溜槽等装置来辅助混凝土下落，避免混凝土从高空直落而产生离析。同时合理安排浇筑速度、控制好振捣频率，防止浇筑产生泌水层，硬化后强度不足从而破坏结构的整体性，保证混凝土土的浇筑质量。第三，由于大体积混凝土表面的水泥浆的厚度较大，所以为避免雷锋的产生，我们需做好表面处理，在混凝土初凝前进行刮平、碾压、打磨等方式使裂缝闭合。第四，新旧混凝土交接处易产生施工缝，针对此情况，混凝土浇筑前需将原混凝土面清理赶紧并在原混凝土上浇筑同新浇筑混凝土标号一致的水泥砂浆，这样会使新旧混凝土结合的更加紧密，从而避免新旧混凝土交界处出现明显裂缝。4.4.2大体积混凝土的温控措施首先，根据工程是实际情况，大体积混凝土浇筑施工需合理的采用分层和分段浇筑的方式，冬季施工时室外温度很低，混凝土浇筑时温差不应大于25摄氏度，同时在混凝土浇筑完毕后应结合当时的气候因素选择温控措施。同时混凝土浇筑完毕后需要对大体积混凝土的温度进行监测，采用相应的方法将混凝土的内外温差控制好，避免施工裂缝的产生。其次，混凝土内外温差过大是产生温差裂缝的最主要原因，想要避免这种裂缝采取的方式主要为保持温度，防止混凝土表面温度急剧下降或升高，所以施工时要充分考虑昼夜温差的影响，只有保持混凝土内部和外部温差在较小的范围内，并且逐步上升或者下降才不会产生温度应力，所以只要将温度控制在合理的范围内就能有效的防止温度裂缝的产生。此外，还可以采用地热水泥，合理使用高效的外加剂，改善骨料级配，增加掺合料，减少水泥用量等均能有效的改善温度裂缝的产生。为了减小混凝土施工中水化热的影响，我们可以采用科学合理的方法，比如混凝土施工采用分层浇筑，这样增加混凝土表面的散热面积，加快混凝土的散热，这样能有效的减小混凝土的内外温差，还比如，我们可以在夏天混凝土浇筑时搭设凉棚，使混凝土保持在一个较低的温度，同时我们还可以采用预冷骨料（通过加冷水、洒水喷雾）的方式降低混凝土的温度。4.5  混凝土养护  为了防止收缩裂缝和稳定裂缝的产生，我们必须做好混凝土浇筑施工完毕以后的后续养护工作，这样才能在保证混凝土强度和耐久性的前提下，有效的减少混凝土裂缝的产生。大体积混凝土施工浇筑完毕以后，我们需要及时的做好养护工作，我们可以采用不同的养护方式，例如塑料薄膜养护、湿麻袋+塑料薄膜+干麻袋组合保温、保湿的养护工艺等等，我们主要采用后者，采用后者的原因主要是第一湿麻袋能够吸收水分，保持混凝土表面的湿润，中间层的塑料薄膜能够阻止水分挥发，切断了热量的对流，面层的干麻袋主要起到了保温的作用，避免外界昼夜温差过大对大体积混凝土的影响。大体积混凝土的养护工作是混凝土施工的一个重要组成部分，做好大体积混凝土的养护工作不仅能够保证混凝土的强度和耐久性，还能有效的减少施工裂缝的产生。减少施工裂缝的产生是如何实现的呢，让我们看一下，首先好的养护工作同坐减少混凝土的热扩散，降低混凝土内外的温差，以及混凝土与室外的温差，减小混凝土的温度应力，避免裂缝的产生，其次通过延长混凝土的散热时间，降低混凝土的降温速率使得混凝土温差的峰值在混凝土抗拉强度达到一定程度以后到达，这样混凝土的抗拉强度始终大于混凝土的温度应力，这样就不会产生温度裂缝，达到阻止裂缝产生的目的。同时混凝土养护还要注意很多其他的问题，诸如混凝土的温度、湿度、通风条件等等，尽最大努力满足混凝土的养护需求，采取相应的施工技术及组织措施保证大体积混凝土的养护质量，防止大体积混凝土裂缝的产生。混凝土施工会产生水化热，然而水泥水化热会在第三天左右达到峰值，也就是说水化热反应在第三天后开始减弱减缓。当混凝土降温的速度高于水化热的升温速度时，大体积混凝土的温度会逐渐降低，也就是说混凝土施工三天后温度开始呈下降趋势，如果混凝土表面的保温材料过厚的话会导致混凝土降温的速率小于水化热的升温速率还是会导致大体积混凝土问题升高，这时我们应减少保温层的厚度，更好的让混凝土进行散热，减小混凝土的内外温差。同时如果气温骤降的话我们也应该适当增加保温层厚度，保证混凝土内外温差的稳定，防止混凝土内外温差过大而产生温度裂缝。针对钢筋密集和厚度较大的大体积混凝土，可以通过搭设遮阳棚或者挡风保温棚的方式。针对大体积混凝土需要现场监测检查混凝土的表里温度，保持大体积混凝土内外温差的稳定，针对大体积混凝土的内外温度的变化及时调整保温养护的措施，保持其内外温差。大体积混凝土施工完毕后需要制定专人进行养护工作，并把大体积混凝土的养护工作作为重点环节，按照指定的相应方法和方案进行，并做好记录测试工作。在大体积混凝土浇筑之前应做好测温元件埋设工作： （1）测温点布置原则：测温点的平面布置原则：1）平面形状中心；2）中心对应的侧边及容易散发热量的拐角处。3）主风向部位。总之测温点的位置应选择在温度变化大，容易散热、受环境温度影响大，绝热温升最大和产生收缩拉应力最大的地方。 测温点的竖向布置：一般每个平面位置设置一组3个，分别布置在砼的上、中、下位置，上下测点均位于砼表面10厘米处，另外在空气，保温层中各埋设1个测温点测量环境温度、保温层内的温度。（2）测温点埋设:根据大体积混凝土的特点，计算出测温点的埋设部位，并进行准确的埋设。（3）测温点的埋设方法：测温头必须在钢筋绑扎完毕后，按测温平面布置图的编号埋设在规定的位置处。测温头在埋设完成后需设置标识牌，注意保护，防止吊物等其他工序施工时将其破坏。  混凝土测温：大体积混凝土浇筑完毕后，应及时准确撑握混凝土内部温度、表面温度及内外温差情况，做到信息化施工，使其处于受控状态，以便发现问题及时采取措施。在预防混凝土产生裂缝方面实现温差和温度应力双控制，需要对混凝土进行温度监测。 （1）温度测量:混凝土的温度监测的时间倒(当温度测量头嵌在混凝土),包括混凝土的内部温度的整个过程从加热,温度高,冷却,接近环境温度和取消保温安全范围。测温时间原则上为14天，但根据测温情况和气候变化，视现场情况适当延长。前7天每2小时测量一次，后7天每4小时测量一次。在加热和高温期间随时观察温度变化，必要的测温时间间隔可缩短至1H(由现场技术人员根据具体情况确定)。温度测量人员应当立即报告的温度场和温度变化趋势有关各方(技术部门,质量检验部门)每次测量后,关注的最大温差混凝土中心和表面,表面和环境温度,混凝土的最大速度冷却。如果发现混凝土温度指数不符合指定的要求,技术人员应当向上级领导报告和技术部门,根据温度测量结果,应当制定应急措施,给指令(例如,根据实际温度测量情况下,过快的区域温度下降应及时覆盖麻袋)。（2）因为混凝土内外温差超过25摄氏度时才易产生混凝土裂缝，所以当混凝土内外温差在20摄氏度时我们就可以根据情况拆除大体积混凝土表面的覆盖物保温。 （3）保湿：我们采用湿麻袋覆盖在混凝土表面进行保湿，混凝土水化热形成大量的热，水吸收水化热挥发，我们在湿麻袋表面覆盖了一层保湿膜，挥发的水分遇到保湿膜会凝结成水分子落下再被湿麻袋吸收，如此使大体积混凝土表面形成了一个循环，不断的吸收大体积混凝土的水化热，从而降低大体积混凝土的内外温差，有效的减少混凝土裂缝的产生。但是我们采取这种方法养护混凝土时，要注意保持湿麻袋的湿润，当内部水分过少时要及时浇水补充，坚决做好养护工作。5、结论及建议根据市场的需求，大体积混凝土施工已经成为了工程施工中的一个重要组成部分，做好大体积混凝土施工需要更高、更专业的施工技术队伍，根据大体积混凝土施工的特点以及上文所述的具体注意事项及施工方法，我们面对大体积混凝土施工必须做好相应的技术及物资准备工作，通过相应的组织技术手段减少大体积混凝土施工的质量通病，更加科学合理的组织大体积混凝土的施工，从而使大体积混凝土的施工质量得到保证，进而提高整个施工工程的工程质量，为建设单位、施工单位创造更多的价值。

后记：首先我要在这里感谢我都指导老师欧阳杰老师，在我的学习生涯当中，欧阳杰老师用它严谨的治学态度、广博的知识以及忘我的工作精神时时激励着我不断前进，不断给予我鼓励、帮助、关心，在我遇到困难是时候欧阳杰老师总是不辞辛劳的帮助我。在这里我要对我的老师说一句辛苦了！ 其次，我要感谢和我一起