大體積混凝土工程與施工技術(shù)

趙程程 王鐵英 谷昆燚 劉興旺（通訊作者） 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)

1 大體積混凝土用材與搭配

1.1 概述：

《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2009里指出:結(jié)構(gòu)尺寸超過1m，或由于混凝土中的材料發(fā)生水化反應(yīng)而導(dǎo)致溫度分布不均從而引發(fā)結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生裂縫，稱之為大體積混凝土。

1.2 用料：

眾所周知，水泥，細集料，粗集料，以及水是混凝土的基本組成物質(zhì)。另外還摻加的外加劑，摻合料。其中細集料主要為天然砂以及機制砂等沙料，而粗集料則為石子等較大的添加物，不同的組分在混凝土中發(fā)揮著不同的作用:如石子，沙等在混凝土中主要起骨架的作用，因此，我們也可以稱之為骨料。骨料還可以對混凝土的變形起穩(wěn)定性作用。水泥和水則形成水泥漿，包裹在集料表面，從而起到一定的粘結(jié)以及潤滑的作用，在施工過程以及后期混凝土強度上升起了至關(guān)重要的作用。

1.3 搭配：

混凝土中主要的部分是水泥，而對于大體積混凝土來說，常應(yīng)用礦渣水泥以及粉煤灰水泥和普通硅酸鹽水泥，而這些水泥都具有以下幾個共同點，那就是它們的早期強度都比較低，但隨著時間的不斷推移強度上升的比較快，而其中最為主要的是這幾種水泥的水化熱以及干縮性較其他品種水泥好，這對于大體積混凝土來說非常重要。

其次，大體積混凝土的建造的細集料（沙）一般常用河沙或者山沙，山沙一般可以直接應(yīng)用于大體積混凝土工程，特別是工程項目深處內(nèi)陸，但因山沙中含泥量以及有機質(zhì)等對于混凝土強度有害的物質(zhì)比較多，當(dāng)用于重要部件時必須進行堅固性測試以及堿活性試驗（后文會介紹），相較于山沙，河沙因長期受到水流的沖刷作用，顆粒表面就變得比較圓滑，干凈，因而應(yīng)用較為廣泛，特別是在大壩等大體積建筑物工程中。沙的級配還應(yīng)滿足以下條件:

其中A1，A2，A3，A4，A5分別代表不用直徑篩孔的累積篩余率，Mx為沙料的細度模數(shù)。只有當(dāng)沙料的細度模數(shù)Mx在3.0～2.3之間并且各篩孔的累積篩余率滿足一下2區(qū)條件時才能應(yīng)用于混凝土。

篩孔尺寸 分區(qū) 10.0mm 4.75mm 2.36mm 1.18mm 0.60mm 0.30mm 0.15mm 1區(qū) 0 10～0 35～5 65～35 85～71 95～80 100～90 2區(qū) 0 10～0 25～0 50～10 70～41 92～70 100～90 3區(qū) 0 10～0 15～0 25～0 40～16 85～55 100～90

最后，對于石子而言，一般直徑不易設(shè)置的太大，直徑過大在自重的作用下，石子分布于混凝土的底部，而此時混凝土也就失去了意義。一般對于非泵送的大尺寸結(jié)構(gòu)物的工程，石子的最大直徑不應(yīng)超過40mm，對于泵送的混凝土而言最大直徑應(yīng)不超過25mm，對于水工建筑物等大體積混凝土而言，一般應(yīng)用于內(nèi)部澆筑的石子直徑應(yīng)不超過80mm，但由于攪拌，運輸設(shè)備的限制，根據(jù)《水利混凝土施工規(guī)范》（DL/T5144-2001）要求，當(dāng)混凝土攪拌機的攪拌量為0.8～1m3時，最大粒徑不應(yīng)超過80mm，當(dāng)攪拌機攪拌量大于1m3時，最大粒徑不宜超過150mm。而當(dāng)采用皮帶運輸混凝土?xí)r，最大粒徑的不應(yīng)大于80mm。

1.4 經(jīng)濟性

（1）對于一般工程項目而言，在考慮建筑物的安全性，合理性以及穩(wěn)定性之余還應(yīng)適當(dāng)?shù)目紤]項目的經(jīng)濟性。在大體積混凝土工程中，可以適當(dāng)增加粉煤灰的含量，借以替代水泥的使用。但由于水泥減少而導(dǎo)致混凝土流動性大大減少，在這個時候可以適量加入減水劑，從而以增強混凝土自身的流動能力。

（2）建造的過程中可以“就地取材”應(yīng)用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的材料建造。

2 在施工中應(yīng)該注意的問題

2.1 凍融破壞

混凝土的凍融破壞是指混凝土處于含水量飽和的狀態(tài)下，經(jīng)受多次凍融而不破壞。混凝土之所以發(fā)生凍融破壞是由于混凝土結(jié)構(gòu)中含有微量的水，而隨著溫度的不斷變換，這部分水會發(fā)生結(jié)冰或者是融化。冰的體積要比相應(yīng)水的體積略大，反復(fù)的膨脹可能會引起混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一些微小裂縫。多次作用下，裂縫不斷增加，直至最終全部破壞?！扒Ю镏蹋瑲в谙佈ā睂τ诖篌w積混凝土，特別是大型水利工程中所建造的結(jié)構(gòu)而言，這是十分危險的。

根據(jù)分析可得影響到混凝土整體抗凍能力的因素有:（1）結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空隙特征。當(dāng)內(nèi)部空隙為連通孔時，比較容易發(fā)生凍融危害，而當(dāng)內(nèi)部空隙為封閉孔時，凍融破壞程度較低（2）水灰比或空隙率。水灰比比較大的情況下，受凍融破壞也就比較嚴(yán)重。（3）吸水飽和程度。當(dāng)混凝土內(nèi)部沒達到吸水飽和時，空隙水結(jié)冰的過程中，凍脹所產(chǎn)生的壓力迫使水分往未飽和部位移動，這也就意味著在一定程度上分散了混凝土本身所承受的力。

因此，要提到混凝土的抗凍融能力，可以從以下幾個方面出發(fā):（1）降低水灰比，從而提高混凝土密實程度。（2）加強施工養(yǎng)護，改良振搗方式，以減少空隙率。（3）加入摻氣劑，改變空隙的分布形勢。

3 大體積混凝土的養(yǎng)護

混凝土的性能在很大程度上受養(yǎng)護條件的影響。其中溫度和濕度是決定強度發(fā)展的主要外部因素。過高或者是過低的溫度均能影響混凝土強度的上升。根據(jù)實驗證明:當(dāng)養(yǎng)護溫度超過40度時，雖然能在一定程度上提高混凝土早期強度，但28天以后試件的強度通常要比20度標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試件的強度低。而濕度即指空氣的相對濕度。濕度低，混凝土內(nèi)水分蒸發(fā)較快，致使混凝土的內(nèi)部水化反應(yīng)停止，強度停止增加。

當(dāng)工程所需的大體積混凝土構(gòu)件為室內(nèi)預(yù)制構(gòu)件時可以采用蒸汽養(yǎng)護或者是蒸壓養(yǎng)護的方式。蒸汽養(yǎng)護是指將成型后的試件放在一定條件下的蒸汽中進行養(yǎng)護，借以促進混凝土的強度提高。

蒸壓養(yǎng)護是指把混凝土試件放置在蒸壓釜中進行養(yǎng)護，應(yīng)用這種養(yǎng)護方式可以是混凝土的強度上升速度大大提升。

當(dāng)工程項目處于我國南方等較為潮濕的地區(qū)時，環(huán)境空氣濕度較大，建筑物內(nèi)水分蒸發(fā)的速度比較慢，因而強度上升的速度也就相對較慢。對于水利工程而言建筑工期較長，應(yīng)盡量使工程處于相對干燥的環(huán)境中，減少混凝土與水的直接接觸。當(dāng)工程項目處于我國北方等較為干燥并且寒冷的地方時，可以從以下幾個方面入手加強養(yǎng)護:（1）從選材料的角度而言，可以選擇水化熱在一定程度上相對較大的水泥品種。（2）在建筑結(jié)構(gòu)表面包裹塑料膜保濕，減少水分的蒸發(fā)。

4 結(jié)束語

伴隨著經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代城市以及各種設(shè)施的建設(shè)需要越來越先進的技術(shù)設(shè)備以及更加完善的技術(shù)管理。因此，研究土木工程中的大體積混凝土的施工技術(shù)與使用材料意義重大，其關(guān)系著整個建筑物的整體性能，甚至與人類的日常生活以及生命財產(chǎn)安全息息相關(guān)。在大體積混凝土的建設(shè)過程中應(yīng)該特別注意混凝土的溫度應(yīng)力，堿骨料反應(yīng)，以及凍融破壞等，否則一旦發(fā)生危險，可能會帶來無法彌補的損失。

[1]張運展,于俊杰,張鵬,穆紅英.堿性和中性亞硫酸鹽法制漿廢液作水泥減水劑的研究[J].中國造紙學(xué)報,2004(02):86-88.

[2]周圣斌. 混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范修編中若干問題的研究[D].武漢大學(xué),2004.

[3]許超,黃慎江.混凝土材料性質(zhì)對其碳化的影響[A]. 中國力學(xué)學(xué)會工程力學(xué)編輯部.第15屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅱ冊）[C].中國力學(xué)學(xué)會工程力學(xué)編輯部:,2006:4.