大体积混凝土施工预防措施

大体积混凝土施工预防措施

——即裂缝控制的综合措施

编制：

审核：

批准：

中铁一局集团公司桥梁工程处

2004年08月15日

大体积混凝土施工预防措施

——即裂缝控制的综合措施

结合我处以往大体积混凝土施工经验，借鉴其他兄弟单位类似工程项目的施工经验，特编制具有普遍指导意义的“大体积混凝土施工预防措施”，为项目上编制具体的预防措施提供依据和参考。

一、 大体积混凝土的若干设计构造要求

1.施工前应根据大体积混凝土工程的施工特点，认真审核设计，在其满足设计规范及生产工艺的要求外，尚应符合下列要求，如果存在疑问应积极与设计人员沟通，首先确保设计满足大体积混凝土的施工要求：

（1） 基础混凝土的强度等级宜在C20～C35的范围内选用；利用后期强度R60；

（2） 基础的配筋除应满足基础承载力及构造要求外，还应结合大体积混凝土的施工方法（整体浇筑或分层浇筑，泵送混凝土浇筑或非泵送混凝土浇筑等）增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制温度裂缝开展的钢筋，以构造钢筋控制裂缝；

（3） 当基础设置于岩石类地基上时，宜在混凝土垫层上设置滑动层，滑动层构造可采用一毡二油，在夏季施工时也可采用一毡一油；

（4） 大块式基础及其他筏式、箱体基础不应设置永久变形缝（沉降缝、温度伸缩缝）及竖向施工缝。从降低大体积混凝土浇筑块的温升、控制混凝土的裂缝、降低地基的约束、控制混凝土浇筑块体的温度及便于大体积混凝土施工的角度出发，对基础的结构混凝土的强度等级、结构配筋、基础底面滑动及变形缝施工缝的设置提出要求。

关于大体积混凝土截面厚度，块体基础厚度一般由工艺使用要求决定，箱体基础深度由使用要求决定、筏基厚度由抗弯及抗冲切要求决定。特殊构筑物的混凝土墙体，其厚度的确定须作如下考虑：对于箱形结构、环形结构以及各种空

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间薄壁结构，由于内外表面的温差及收缩差引起较大的约束应力，厚壁温差大，薄壁温差小，故间接地影响应力大小，似乎越薄越好；但越薄收缩越快，均质性差，抗烈度也越低，故厚度不宜过薄。对一些大型工程，壁厚应不小于200mm，双层配筋为宜。

大体积混凝土施工允许设置水平施工缝，水平施工缝的设置应根据混凝土浇筑过程中温度裂缝控制的要求、混凝土的浇筑能力和方便结构钢筋的绑扎等因素确定。

2.大体积混凝土工程的模板宜采用钢模板或木模板或钢木混合模板。 钢模板对保温不利，应根据温控要求采取保温措施。木模板可作为保温材料使用。

3.大体积混凝土工程施工前，应对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温度、温度应力及收缩应力进行验算，确定施工阶段大体积混凝土浇筑块体的升温峰值、里外温差及降温速度的控制指标，制订温控施工的技术措施。其目的是为了确定温控指标（温升峰值、里外温差、降温速度）及制订温控施工的技术措施（包括混凝土原材料的选择、混凝土拌制运输过程中的降温措施、保温养护措施、温度监测方法等），以防止或控制有害温度裂缝（包括收缩）的发生，确保工程质量。

各类温控指标应通过计算确定，以下提出的温控指标为一般性的，主要考虑在计算有困难的条件下可采用温控指标的数值。

关于温度应力及收缩应力的计算方法有多种，较为精确的可采用有限元法，再简化计算方法中，混凝土浇筑块体温度场的计算可采用经验曲线或差分法计算。

二、 混凝土配合比及其材料

1. 当大体积混凝土的强度等级为C20以上时，经设计单位同意，可利用混凝土60天的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计的依据。

2. 为在大体积混凝土工程施工中降低混凝土浇筑块体因水泥水化热引起的温升，达到降低温度应力水平和保温养护费用的目的，考虑到建设周期长的特点，

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在保证基础有足够强度满足使用要求的前提下，可以利用混凝土60天或90天的后期强度，这样可以减少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土浇筑块体的温升。后期强度已在国际上通用，同时，为保证结构混凝土的强度满足使用要求，这种后期强度的利用应经设计单位同意。

3. 大体积混凝土配合比的选择，在保证基础工程设计所规定强度、耐久性等要求和满足施工工艺要求的工艺特性的前提下，应符合合理使用材料、减少水泥用量和降低混凝土的绝热温升的原则。

4. 大体积混凝土工程温控施工的核心是从大体积混凝土施工的各个环节控制混凝土浇筑块体内部温度及其变化，以达到控制混凝土浇筑块体温度裂缝的目的。大体积混凝土配合比选择时应考虑的实施公用混凝土配合比在满足设计要求及施工工艺要求的前提下，应尽量减少水泥用量，以降低混凝土的绝热温升，这样就可以使混凝土浇筑后的里外温差和降温速度控制的难度降低，也可以降低养护的费用。用降低水泥量的方法来降低混凝土的绝热温升值，这是大体积混凝土配合比选择时具有特殊性的问题。

5. 大体积混凝土配合比的确定应符合下列规定：

（1） 混凝土配合比应通过计算和试配确定，对泵送混凝土尚应进行试泵送； （2） 混凝土配合比设计方法应按现行的《普通混凝土配合比设计技术规程》执行；

（3） 混凝土的强度应符合国家现行的《混凝土强度检验评定标准》的有关规定；

（4） 在确定混凝土配合比时，尚应根据混凝土的绝热温升值、温度及裂缝控制的要求，提出必要的砂、石料和拌合用水的降温、入模温度控制的技术措施。

6. 配制大体积混凝土所用水泥的选择及其质量应符合下列规定： （1） 配制混凝土所用的水泥，应符合下列现行的国家标准： 1）《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》；

2）《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥》。 当采用其他品种水泥时，其性能指标必须符合有关标准的要求。

（2） 应优先采用水化热低的矿渣水泥配制大体积混凝土，当混凝土的强度等级为C15时，可采用325号矿渣硅酸盐水泥，当混凝土的强度等级为C20或C20

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以上时，宜采用425号的矿渣硅酸盐水泥，也可用525号水泥，但注意用量。 （3） 对大体积混凝土所用的水泥，应进行水化热测定，水泥水化热的测定按现行国家标准《水泥水化热实验方法（直接法）》进行，配制混凝土所用水泥7天的水化热宜不大于250kJ/kg。

7. 大体积混凝土所用骨料的选择与质量应符合下列规定：

（1） 粗骨料种类应按基础设计的要求确定，其质量除应符合现行标准《普通混凝土所用碎石或卵石质量标准及检验方法》的规定外，其含泥量应不大于1.5%；

采用高炉重矿渣碎石作为粗骨料时，其质量应符合现行标准《混凝土用高炉重矿渣碎石技术条件》的规定，且含粉尘（粒径小于0.08mm）量应不大于1.5%； （2） 细骨料宜采用天然砂，其质量应符合现行标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》的规定。

也可采用本条一款所用岩石破碎筛分后的产品，其质量与有害物质含量应符合现行标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》的有关规定。

8. 混凝土中掺用的外加剂及混合料应符合下列规定：

（1） 在混凝土中掺用的外加剂及混合料的品种和掺量，应通过实验确定； （2） 所用外加剂的质量应符合现行《混凝土外加剂质量标准》的要求，混凝土外加剂的应用，应符合现行国家标准《混凝土外加剂应用技术规范》的规定；

（3） 当混凝土中掺入粉煤灰时，其质量应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定；其应用应符合建设部标准《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》的规定。

当使用其他材料作为混合料时，其质量和使用方法应符合有关标准的要求。 特别注意外加剂对收缩的影响。任何新外加剂不经工程试点取得成熟资料，不应大面积推广。

三、混凝土的浇筑与养护

1.混凝土的浇筑方法可采用分层连续浇筑或推移式连续浇筑（如图1所示，图中的数字为浇筑先后次序），不得随意留施工缝，并符合下列规定：

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(a)图1 混凝土浇筑方法

(b)

（a）分层连续浇筑；（b）推移式浇筑

（1） 混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定。当采用泵送混凝土时，混凝土的摊铺厚度宜不大于600mm；当采用非泵送混凝土时，混凝土的摊铺厚度宜不大于400mm；

（2） 分层连续浇筑或推移式连续浇筑，其层间的间隔时间应尽量缩短，必须在前层混凝土初凝之前，将其次层混凝土浇筑完毕。层间最长的时间间隔应不大于混凝土的初凝时间。混凝土的初凝时间应通过实验确定。

当层间间隔时间超过混凝土的初凝时间时，层面应按施工缝处理。 对于工程量较大、浇筑面积也大、一次连续浇筑层厚度不大（一般超过3m），且浇筑能力不足时的混凝土工程，宜采用推移式连续浇筑法。分层连续浇筑法是目前大体积混凝土施工中普遍采用的方法，分层连续浇筑一是便于振捣，易保证混凝土的浇筑质量；二是可利用混凝土层面散热，对降低大体积混凝土浇筑块的温升有利。另外，对分层浇筑的层面间隔时间作了规定，防止因间隔时间过长产生“冷缝”。层间的间隔时间是以混凝土的初凝时间为准的。关于混凝土的初凝时间，在国际上是以贯入阻力法测定，以贯入阻力值为3.5Mpa时为混凝土的初凝，所以应经试验确定，实验方法可见《液压滑动模板施工技术规范》（GBJ113-87）附录，同时考虑到与《钢筋混凝土施工及验收规范》（GBJ204-83）协调，故也允许按GBJ204-83规定确定层面间隔时间。当由于意外情况层面间隔时间超过混凝土初凝时间时，应按施工缝处理。

2.大体积混凝土施工采取分层浇筑混凝土时，水平施工缝的处理应符合下列规定：

（1） 清除浇筑表面的浮浆、软弱混凝土层及松动的石子，并均匀的露出粗骨料；

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（2） 在上层混凝土浇筑前，应用压力水冲洗混凝土表面的污物，充分湿润，但不得有积水；

（3） 对非泵送及低流动度混凝土，在浇筑上层混凝土时，应采取接浆措施。

3.混凝土的拌制、运输必须满足连续浇筑施工以及尽量降低混凝土出罐温度等方面的要求，并应符合下列规定：

（1） 当炎热季节浇筑大体积混凝土时，混凝土搅拌场、站宜对砂、石骨料采取遮阳、降温措施；

（2） 当采用自备搅拌站时，搅拌站应尽量靠近混凝土浇筑地点，以缩短水平运输距离；

（3） 当采用泵送混凝土施工时，混凝土的运输宜采用混凝土搅拌运输车。混凝土搅拌运输车的数量应满足混凝土连续浇筑的要求。

4.在混凝土浇筑过程中，应及时清除混凝土表面的泌水。

在大体积混凝土浇筑过程中，由于混凝土表面泌水现象普遍存在，为保证混凝土的浇筑质量，要及时清除混凝土表面泌水的清除工作，因为泵送混凝土的水灰比一般比较大，泌水现象也比较严重。不及时清除，将会降低结构混凝土的质量。

5.在每次混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，并应符合下列规定：

（1） 保温养护措施，应使混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度满足温控指标的要求；

（2） 保温养护的持续时间，应根据温度应力（包括混凝土收缩产生的应力）加以控制、确定，但不得少于15天。保温覆盖层的拆除应分层逐步进行； （3） 保温养护过程中，应保持混凝土表面的湿润。

保温养护是大体积混凝土施工的关键环节。保温养护的目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的里外温差值以降低混凝土块体的自约束应力，其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体承受外约束应力时的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的。同时，在养护过程保持良好湿度和防风条件，使混凝土在良好的环境下养护，施工人员应根

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据事先确定的温控指标的要求，来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施。

6.塑料薄膜、草袋可作为保温材料覆盖混凝土和模板，在寒冷季节可搭设挡风保温棚。覆盖层的厚度应根据温控指标的要求计算。

具有保温性能良好的材料可以用于混凝土的保温养护中。在大体积混凝土施工时，可因地制宜地采用保温性能好而又便宜的材料用作大体积混凝土的保温养护中，以上列举了施工中常用的而且有比较便宜的材料。

关于保温养护的计算，一般是根据固体的放热系数，保温材料的热阻参数，把保温层厚度虚拟成混凝土的厚度进行计算，以下给出了虚拟厚度的计算方法，可供参照使用。

混凝土浇筑后4～6小时内可能在表面上出现塑性裂缝，可采取二次压光或二次浇灌层处理。

7.混凝土浇筑块体表面保温层的计算方法

（1）多种材料组成的保温层总热阻（考虑最外层保温层与空气间的热阻）可按下式计算：

RSi1nhii1u'

式中 Rs—保温层总热阻（㎡·h·oC/kJ）；

hi —第i层保温材料厚度（m）；

λi—第i层保温材料的导热系数[kJ/(m·h·oC)]；

β’u—固体在空气中的放热系数[kJ/(㎡·h·oC)]，可按表1取值。

固体在空气中的放热系数 表1

风速（m/s） βμ 风速（m/s） βμ 光滑表面 粗糙表面 光滑表面 粗糙表面 0 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 18.4422 28.6460 35.7134 49.3464 63.0212 76.6124 21.0350 31.3224 39.5989 52.9429 67.4959 82.1325 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 90.0360 96.6019 103.1257 110.8622 115.9223 124.7461 128.4261 138.2954 140.5955 151.5521 152.5139 164.9341 ７

（2）混凝土表面向保温介质放热的总放热系数（不考虑保温层的热容量），可按下式计算：

S1 RS式中 βs—总放热系数[kJ/(㎡·h·oC)]；

Rs —意义同前。

（3）保温层相当于混凝土的虚厚度，可按下式计算：

 S式中 δ—虚的混凝土厚度（m）；

βs—总放热系数[kJ/(㎡·h·oC)]； λ—混凝土的导热系数[kJ/(m·h·oC)]。

按保温层相当于混凝土的虚厚度，进行大体积混凝土浇筑块体温度场及温度应力计算，验证保温层厚度是否满足温控指标的要求。

8.在大体积混凝土养护过程中,应对混凝土浇筑块体的里外温差和降温速度进行监测，根据现场实测结果可随时掌握与温控施工控制数据有关的数据（里外温差、最高温升及降温速度等），可根据这些实测结果调整保温养护措施以满足温控指标的要求。

9.在大体积混凝土养护过程中，不得采用强制、不均匀的降温措施。否则，宜使大体积混凝土产生裂缝。

大体积混凝土施工时，主要采用两种模板，即钢模和木模。当采用钢模时，根据保温养护的需要，钢模外也应采取保温措施。而采用木模时，都把木模作为保温材料考虑，无论钢模、木模在模板拆除后，都应根据大体积混凝土浇筑块体内部实际的温度场情况，按温控指标的要求采取必要的保温措施。

10.对标高位于±0.000以下的部位，应及时回填土；±0.000以上部位应及时加以覆盖，不宜长期暴露在风吹日晒的环境中。

11.在大体积混凝土拆模后，应采取预防寒潮袭击、突然降温和剧烈干燥等措施。

当采用木模板，而且木模板又作为保温养护措施的一部分时，木模板的拆除

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时间应根据保温养护的要求确定。

四、温控施工的现场监测与实验

1. 大体积混凝土的温控施工中，除应进行水泥水化热的测试外，在混凝土浇筑过程中还应进行混凝土浇筑温度的检测，在养护过程中还应进行混凝土浇筑块体升降温、里外温差、降温速度及环境温度等监测，其监测的规模可根据所施工工程的重要程度和施工经验确定，测温的方法可以采用先进的测温方法，如有经验也可采用简易测温方法。需进行的现场监测与实验的主要内容。这些试验与监测工作会给施工组织者及时提供信息反映大体积混凝土浇筑块体内温度变化的实际情况及所采取的施工技术措施效果，为施工组织者在施工过程中及时准确采取温控对策提供科学依据。根据大量高层建筑地下室和特殊构筑物等大体积混凝土施工经验证明：在进行了温度应力分析的基础上，在大体积混凝土施工过程中，加强现场监测与试验，是控温、防裂的重要技术措施，也都取得了良好的效果，实现了情报化施工。

2. 混凝土的浇筑温度系指混凝土振捣后，位于混凝土上表面以下50～100mm深处的温度。混凝土浇筑温度的测试每工作班（8h）应不少于2次。 3. 大体积混凝土浇筑块体里外温差、降温速度及环境温度的测试，每周也应不少于2次。

4. 大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置，以真实地反映出混凝土块体的里外温差、降温速度及环境温度为原则，一般可按下列方式布置：

（1） 温度监测点的布置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半条轴线为测温区（对长方体可取较短的对称轴线），在测温区内温度测点呈平面布置；

（2） 在测温区内，温度监测的位置与数量可根据混凝土浇筑块体内温度场的分布情况及温控的要求确定；

（3） 在基础平面半条对称轴线上，温度监测点的点位宜不少于4处； （4） 沿混凝土浇筑块体厚度方向，每一点位的测点数量，宜不少于5点； （5） 保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定； （6） 混凝土浇筑块体的外表温度，应以混凝土外表以内50mm处的温度

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为准；

（7） 混凝土浇筑块体底表面的温度，应以混凝土浇筑块体底表面以上50mm处的温度为准。

5. 测温元件的选择应符合下列规定： （1） 测温元件的测温误差应不大于0.3oC；

（2） 测温元件安装前，必须经过浸水24h后，按本条一款的要求进行筛选。 6. 监测仪表的选择应符合下列规定： （1） 温度纪录的误差应不大于±1oC；

（2） 测温仪表的性能和质量应保证施工阶段测试的要求。 7. 测温元件的安装及保护应符合下列规定：

（1） 测温元件安装位置应准确，固定牢固，并与结构钢筋及固定架金属体绝热；

（2） 测温元件的引出线应集中布置，并加以保护；

（3） 混凝土浇筑过程中，下料时不得直接冲击测温元件及其引出线；振捣时，振捣器不得触及测温元件及其引出线。

8. 测温元件及测温仪表的选择主要是保证测温元件与二次仪表有足够的精度和可靠性以满足温控施工的需要。根据以往的施工实践经验，二次仪表的温度纪录的误差不大于±1oC，测温元件的测温误差不大于±0.3oC，是能够满足大体积混凝土温控施工过程中温度监测的需要的，测温元件和二次仪表的精度要求过高会增加测温的费用，在施工现场也难以做到，故在测温元件和二次仪表的选择时，对其精度的要求不宜过高。

但是在测温元件的筛选及测温元件的安装应严格按条文的规定执行，否则将会引起测试误差过大或元件失效而无法取得所需要的数据。另外，在混凝土浇筑过程中，要注意保护测温元件及其引线，振捣器不得触及测温元件及其引线，避免测温元件失效。

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