大体积混凝土结构施工方法与流程

1.本发明涉及混凝土结构施工技术领域，尤其是涉及一种大体积混凝土结构施工方法。


背景技术：

2.混凝土中的水泥在水化过程中要发热，锚碇(用于固定主缆端头以防止其走动的巨大构件)等大体积混凝土结构在施工阶段由于一次浇筑方量较大，且其本身几何尺寸不小，因此其水泥水化反应放出的热量在自然情况下难以传递到表面，这就导致混凝土结构内部温度急剧上升，而外部温度又较低，从而使得混凝土结构内外产生较大的温差而引起温度应力使表面受拉，最终使抗拉强度并不高的混凝土产生开裂现象，破坏其整体性，改变结构的受力，削弱了混凝土结构的功能，威胁到整个工程的安全。
3.为解决大体积混凝土结构的开裂问题，现有的一种措施是在大体积混凝土结构内预埋大量钢制的冷却水管，利用冷却水管内的冷却水对大体积混凝土结构内部进行降温，从而降低大体积混凝土结构的内外温差，减小温度应力，提高混凝土抗裂性能。
4.但是布置冷却水管、通冷却水以及后期需向冷却水管内灌浆的施工步骤，不仅会耗费大量人力及钢材，且会增加施工时间，降低施工效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种大体积混凝土结构施工方法，以缓解现有技术中存在的利用预埋冷却水管内的冷却水对大体积混凝土结构内部进行降温以降低混凝土结构内外温差的措施，不仅会耗费大量人力及钢材，且会增加施工时间，降低施工效率的技术问题。
6.第一方面，本发明提供一种大体积混凝土结构施工方法，包括：
7.将大体积混凝土结构由下至上依次分为多层，并将每层混凝土结构均由下至上依次分为底部结构、中部结构和表层结构；
8.由下至上先后浇筑多层混凝土结构，并在浇筑任一层混凝土结构时，由下至上先后浇筑该层混凝土结构中的所述底部结构的混凝土、所述中部结构的混凝土和所述表层结构的混凝土，且至少所述底部结构的混凝土和所述中部结构的混凝土中掺入水化热抑制剂；所述水化热抑制剂用于推迟混凝土温度变化过程中的温峰时间，以使所述底部结构混凝土的温峰时间、所述中部结构混凝土的温峰时间和所述表层结构混凝土的温峰时间相同。
9.在可选的实施方式中，所述表层结构的混凝土中掺入水化热抑制剂，且所述底部结构混凝土中的水化热抑制剂的掺量和所述中部结构混凝土中的水化热抑制剂的掺量，均大于所述表层结构混凝土中的水化热抑制剂的掺量。
10.在可选的实施方式中，所述底部结构混凝土中的水化热抑制剂的掺量，以及所述中部结构混凝土中的水化热抑制剂的掺量均为4.5-4.7
‰
，所述表层结构混凝土中的水化
热抑制剂的掺量为0-3.0
‰
。
11.在可选的实施方式中，所述水化热抑制剂为有机多元膦酸。
12.在可选的实施方式中，所述底部结构的混凝土、所述中部结构的混凝土和所述表层结构的混凝土中，掺有所述水化热抑制剂的混凝土的胶凝材料中掺有粉煤灰，且所述粉煤灰在所述胶凝材料中的占比不小于40％。
13.在可选的实施方式中，所述底部结构的混凝土、所述中部结构的混凝土和所述表层结构的混凝土中，掺有所述水化热抑制剂的混凝土的胶凝材料中掺有矿渣粉，且所述矿渣粉在所述胶凝材料中的占比不大于40％。
14.在可选的实施方式中，在浇筑任一层混凝土结构时，所述中部结构的混凝土的浇筑开始时间不超过所述底部结构的混凝土的初凝时间；所述表层结构混凝土的浇筑开始时间不超过所述中部结构的混凝土的初凝时间。
15.在可选的实施方式中，每层所述混凝土结构的厚度均为30-50厘米。
16.在可选的实施方式中，所述底部结构的混凝土、所述中部结构的混凝土和所述表层结构的混凝土中均掺有聚羧酸类减水剂。
17.在可选的实施方式中，在浇筑任一层混凝土结构时，当浇筑完所述表层结构的混凝土后，在所述表层结构的表面覆盖保温层。
18.本发明提供的大体积混凝土结构施工方法，包括：将大体积混凝土结构由下至上依次分为多层，并将每层混凝土结构均由下至上依次分为底部结构、中部结构和表层结构；由下至上先后浇筑多层混凝土结构，并在浇筑任一层混凝土结构时，由下至上先后浇筑该层混凝土结构中的底部结构的混凝土、中部结构的混凝土和表层结构的混凝土，且至少底部结构的混凝土和中部结构的混凝土中掺入水化热抑制剂；水化热抑制剂用于推迟混凝土温度变化过程中的温峰时间，以使底部结构混凝土的温峰时间、中部结构混凝土的温峰时间和表层结构混凝土的温峰时间相同。使用该大体积混凝土结构施工方法施工而成的大体积混凝土结构，其任一层混凝土结构中的底部结构和中部结构中的混凝土均掺有水化热抑制剂，而水化热抑制剂可以推迟混凝土温度变化过程中的温峰时间，因而底部结构的混凝土和中部结构的混凝土的水化热温度峰值得以延迟，使得底部结构混凝土的温峰时间、中部结构混凝土的温峰时间和表层结构混凝土的温峰时间相同，此时底部结构的混凝土、中部结构的混凝土和表层结构的混凝土的水化速度较为均匀，进而使得每层混凝土结构的温度上升较为混匀，按照上述步骤施工整体大体积混凝土结构时，可以有效降低大体积混凝土结构的里表温差，从而减少大体积混凝土结构内部产生的温度裂缝。本发明提供的大体积混凝土结构施工方法通过在施工每层混凝土结构时，向对应层混凝土结构中的至少底部混凝土结构和中部混凝土结构中掺入水化热抑制剂，即可降低每层混凝土结构的内外温差，从而可以降低整体大体积混凝土结构的里表温差，因而不需在大体积混凝土结构内部预埋大量冷却水管，也不需向冷却水管内通水和注浆，可以有效减少人力和钢材的使用，降低人力及钢材成本，同时可以简化施工步骤，提升施工效率。
19.与现有技术相比，本发明提供的大体积混凝土结构施工方法通过在混凝土中掺入水化热抑制剂，不仅可以使底部结构混凝土和中部结构混凝土的温峰时间延迟，从而降低大体积混凝土结构的内外温差，有效减少温度裂缝，还不需布设冷却水管，可以节约人力和钢材成本，以及可以简化施工步骤，提升施工效率。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的大体积混凝土结构的结构示意图；
22.图2为本发明实施例提供的大体积混凝土结构施工方法的流程图；
23.图3为本发明实施例提供的掺有不同掺量水化热抑制剂的混凝土试样的抗压强度的数据折线图；
24.图4为本发明实施例提供的掺有不同掺量水化热抑制剂的混凝土试样的抗折强度的数据折线图。
25.图标：1-底部结构；2-中部结构；3-表层结构。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.实施例：
30.如图1和图2所示，本实施例提供的大体积混凝土结构施工方法，包括：
31.步骤s1：将大体积混凝土结构由下至上依次分为多层，并将每层混凝土结构均由下至上依次分为底部结构1、中部结构2和表层结构3；
32.步骤s2：由下至上先后浇筑多层混凝土结构，并在浇筑任一层混凝土结构时，由下至上先后浇筑该层混凝土结构中的底部结构1的混凝土、中部结构2的混凝土和表层结构3的混凝土，且至少底部结构1的混凝土和中部结构2的混凝土中掺入水化热抑制剂；水化热抑制剂用于推迟混凝土温度变化过程中的温峰时间，以使底部结构1混凝土的温峰时间、中部结构2混凝土的温峰时间和表层结构3混凝土的温峰时间相同。
33.使用该大体积混凝土结构施工方法施工而成的大体积混凝土结构，其任一层混凝土结构中的底部结构1和中部结构2中的混凝土均掺有水化热抑制剂，而水化热抑制剂可以推迟混凝土温度变化过程中的温峰时间，因而底部结构1的混凝土和中部结构2的混凝土的水化热温度峰值得以延迟，使得底部结构1混凝土的温峰时间、中部结构2混凝土的温峰时间和表层结构3混凝土的温峰时间相同，此时底部结构1的混凝土、中部结构2的混凝土和表层结构3的混凝土的水化速度较为均匀，进而使得每层整体混凝土结构的温度上升较为混
匀，按照步骤s2施工整体大体积混凝土结构时，可以降低大体积混凝土结构的里表温差，从而减少大体积混凝土结构内部产生的温度裂缝。
34.可以看出，本实施例提供的大体积混凝土结构施工方法通过在施工每层混凝土结构时，向对应层混凝土结构中的至少底部混凝土结构和中部混凝土结构中掺入水化热抑制剂，即可降低每层混凝土结构的内外温差，从而可以降低整体大体积混凝土结构的里表温差，因而不需在大体积混凝土结构内部预埋大量冷却水管，也不需向冷却水管内通水和注浆，因而本实施例提供的大体积混凝土结构施工方法可以有效减少人力和钢材的使用，降低人力及钢材成本，同时可以简化施工步骤，提升施工效率。
35.与现有技术相比，本实施例提供的大体积混凝土结构施工方法通过在混凝土中掺入水化热抑制剂，不仅可以使底部结构1混凝土和中部结构2混凝土的温峰时间延迟，从而降低大体积混凝土结构的内外温差，有效减少温度裂缝，还不需布设冷却水管，可以节约人力和钢材成本，以及可以简化施工步骤，提升施工效率。
36.需要说明的是，即使本实施例采用水化热抑制剂，然而相较于布设冷却水管的整体施工成本，采用水化热抑制剂后整体施工成本仍旧是降低的。
37.表1为采用水冷却方式时大体积混凝土的配合比以及采用本方案中水化热抑制剂时大体积混凝土的配合比数据表：
38.表1
[0039][0040][0041]
表2为混凝土中各组分材料的价格数据表：
[0042]
表2
[0043][0044]
由以上两个表格可以计算得到表3中的数据，表3为采用水冷却方式时大体积混凝土结构综合成本和采用本方案中水化热抑制剂时大体积混凝土综合成本分析表：
[0045][0046]
根据表3可以看出，通过水化热抑制剂的掺入替代布设预埋冷却水管温控技术方案，可以降低综合施工成本。
[0047]
在本实施例中，表层结构3的混凝土中掺入水化热抑制剂，且底部结构1混凝土中的水化热抑制剂的掺量和中部结构2混凝土中的水化热抑制剂的掺量，均大于表层结构3混凝土中的水化热抑制剂的掺量。
[0048]
表层结构3的混凝土中也掺入水化热抑制剂时，为保证每层混凝土结构的里表温差仍旧可以得到降低，因而表层结构3混凝土中的水化热抑制剂的掺量需小于底部结构1混凝土中的水化热抑制剂的掺量，以及小于中部结构2混凝土中的水化热抑制剂的掺量，此时每层混凝土结构的混凝土中的水化热抑制剂的掺量呈梯度分布，从而可以梯度控制不同混凝土层位水化速度，达到均化混凝土水化速度而均化每层混凝土结构温度的目的，进而可以降低大体积混凝土结构因内外温度差异而产生的温度应力。
[0049]
可以看出，相较于表层结构3混凝土中的水化热抑制剂的掺量，底部结构1混凝土中的水化热抑制剂的掺量以及中部结构2混凝土中的水化热抑制剂的掺量均为大掺量，大掺量的水化热抑制剂可以延后先浇筑完成的混凝土的水化放热时间，表层结构3混凝土中的小掺量的水化热抑制剂则可以使得表层结构3混凝土可以与其下方的中部和底部混凝土结构同时放热，从而缩短整体混凝土结构的内外温度差异。
[0050]
还需要说明的是，即使表层结构3的混凝土中也掺入水化热抑制剂，该部分水化热抑制剂的掺量也可以保证表层结构3的混凝土在24小时左右即产生水化反应，从而可以防止表层结构3的混凝土过于延迟放热而影响表层结构3混凝土凝固成型后的强度。
[0051]
进一步的，底部结构1混凝土中的水化热抑制剂的掺量，以及中部结构2混凝土中的水化热抑制剂的掺量均为4.5-4.7
‰
，表层结构3混凝土中的水化热抑制剂的掺量为0-3.0
‰
。
[0052]
上述4.5-4.7
‰
掺量的水化热抑制剂和0-3.0
‰
掺量的水化热抑制剂，不仅可以使得每层混凝土结构底部和中间部位的混凝土温峰时间推迟，且可以使得温峰降低20％-30％，使得每层混凝土结构内外温差能被控制在25℃以内，从而有效降低大体积混凝土结构因内外温差产生的约束变形应力，减少温度裂缝。
[0053]
本实施例中的水化热抑制剂为有机多元膦酸。
[0054]
有机多元膦酸包括碳-磷键，碳-磷键的化合物可与混凝土中的多种金属离子在相当恶劣的化学条件下形成稳定的螯合物，从而阻碍混凝土中的金属离子参与其他反应。表4为外界温度为25℃时，未掺入有机多元膦酸的空白试样、掺入有机多元膦酸(含有a组分)的
a组碳-磷键试样、掺入有机多元膦酸(含有b组分)的b组碳-磷键试样，以及掺入有机多元膦酸(含有c组分)的c组碳-磷键试样的水化放热特性对比数据：
[0055]
表4
[0056][0057]
其中，三组碳-磷键试样中的有机多元膦酸在混凝土中的占比均为0.1％，a组碳-磷键试样中的有机多元膦酸的膦酸基团为a种，b组碳-磷键试样中的机多元膦酸的膦酸基团为b种，c组碳-磷键试样中的机多元膦酸的膦酸基团为c种。
[0058]
根据表4数据可知，三组碳-磷键试样的放热峰值与空白试样相比约降低了35％～45％，放热峰值迟滞时间约为空白试样的5～8倍。因此，有机多元膦酸可以有效抑制混凝土中的水泥水化，推迟水泥水化放热峰值以及削减水化放热峰值，其可以降低水泥早期放热总量(约降低40％-50％)，从而可以从根本上降低混凝土水化温升，减小温度应力。
[0059]
此外，有机多元膦酸的添加还可以有效提升水泥的强度，从而提升混凝土凝固成型后的强度。上述三组碳-磷键试样的抗压强度参见图3、上述三组碳-磷键试样的抗折强度参见图4，根据图3和图4可以得知，水化热抑制剂的掺量对混凝土试样中水泥胶砂保养28天后的强度是有影响的，具体的，随着掺量的增加，混凝土试样的抗压强度和抗折强度均呈先增大后减小趋势；水化热抑制剂在混凝土中的掺量小于0.15％时，混凝土试样的抗压强度和抗折强度均大于空白试样，掺量在0.10％-0.15％时各项强度最高。可见，掺适量水化热抑制剂对混凝土的抗压强度和抗折强度均有提高作用。
[0060]
进一步的，底部结构1的混凝土、中部结构2的混凝土和表层结构3的混凝土中，掺有水化热抑制剂的混凝土的胶凝材料中掺有粉煤灰，且粉煤灰在胶凝材料中的占比不小于40％。
[0061]
需要说明的是，现有的实验研究已经证实在混凝土中大量掺入矿物掺合料可以降低混凝土的水化温升，上述矿物掺合料尤其是指粉煤灰，当掺30％粉煤灰比不掺粉煤灰时混凝土的温升可以降低7℃。但当粉煤灰掺量超过混凝土中胶凝材料总量的25％时，会对混凝土强度造成严重影响也是公知常识，因此即使大掺量粉煤灰可以使得混凝土的水化热得到有效抑制，然而基于其降低混凝土强度的特性，大掺量粉煤灰仍旧难以应用于大体积混凝土结构施工中，尤其粉煤灰在胶凝材料中的占比在40％以上时，其与混凝土强度发展之
间的矛盾关系更为难以处理。
[0062]
由于掺适量水化热抑制剂对混凝土的抗压强度和抗折强度均有提高作用，因而本实施例通过向混凝土中掺入水化热抑制剂，可以在保证混凝土强度以及有效降低混凝土结构内外温差的同时，提高粉煤灰掺量。粉煤灰具有饱水、液化、润滑和无塑性等物理性能，而粉料的液化则会改善细料对粗颗粒的粘附性，能提高施工和易性，降低骨料和细料的离析，且粉料的液化能降低颗粒间的摩阻力，提高泵送混凝土性能，因此粉煤灰掺量提高可以降低混凝土泵送难度以及提升混凝土性能。此外，粉煤灰掺量提高还有有效减小混凝土中胶凝材料的其他成分占比，从而人有效节省胶凝材料的整体成本。
[0063]
可以看出，本实施例提供的大体积混凝土结构施工方法，可以在保证大体积混凝土结构强度、降低混凝土结构内外温差的同时，使得大体积混凝土结构中的粉煤灰掺量达到甚至超过40％，从而有效解决大掺量粉煤灰混凝土在大体积混凝土结构施工中的应用这一技术难题。
[0064]
在本实施例中，底部结构1的混凝土、中部结构2的混凝土和表层结构3的混凝土中，掺有水化热抑制剂的混凝土的胶凝材料中还可以掺有矿渣粉，且矿渣粉在胶凝材料中的占比不大于40％。
[0065]
现有的研究证明，当用磨细的粒化高炉矿渣粉取代70％的水泥时，混凝土结构的水化热会减少，但其早期的抗拉、抗压强度会大幅降低，因此通过在混凝土中掺和矿渣粉以抑制混凝土水化热的过程仍旧难以实现。
[0066]
而由于本实施例中的水化热抑制剂对混凝土的抗压强度和抗折强度均有提高作用，因此掺有水化热抑制剂的混凝土的胶凝材料中可以掺有矿渣粉，但为了保证混凝土的强度，矿渣粉在胶凝材料中的占比需不大于40％。
[0067]
在实际应用中，底部结构1的混凝土、中部结构2的混凝土和表层结构3的混凝土中，掺有水化热抑制剂的混凝土的胶凝材料中还可以掺有掺合料，此时掺合料包括粉煤灰和矿渣粉；掺合料的掺量在胶凝材料中的占比不大于50％，且粉煤灰的掺量在掺合料中的占比不小于60％。
[0068]
在本实施例提供的大体积混凝土结构施工方法中，在浇筑任一层混凝土结构时，中部结构2的混凝土的浇筑开始时间不超过底部结构1的混凝土的初凝时间；表层结构3混凝土的浇筑开始时间不超过中部结构2的混凝土的初凝时间。中部结构2的混凝土的浇筑开始时间不超过底部结构1的混凝土的初凝时间，以及，表层结构3混凝土的浇筑开始时间不超过中部结构2的混凝土的初凝时间，可确保在下部混凝土能充分塑化之前完成上部混凝土的覆盖浇筑到位，不仅有利于减小下部混凝土的温度回升，而且可以避免混凝土的层间塑性收缩裂缝。
[0069]
此外，相较于待下部混凝土凝固成型后再施作施工缝，然后浇筑上部混凝土的施工方式，本实施例通过使上部混凝土的浇筑开始时间不超过下部混凝土的初凝时间，还可以节省施工时间，提升施工效率。
[0070]
进一步的，每层混凝土结构的厚度均为30-50厘米。
[0071]
30-50厘米的厚度不仅可以有效缩短混凝土层间浇筑间隔时间，且便于施工人员进行施工。
[0072]
对于每层混凝土结构，在浇筑时，可以由每层混凝土结构的四周向中心布料，且可
以在布料过程中，始终保持周边混凝土略高于中心混凝土。相较于由中心向四周布料的方式，上述布料方式可以有效避免混凝土在中心部位堆积，以及防止混凝土向四周扩散而导致的混凝土骨料与浆体发生离析，进而可以防止混凝土结构边角强度不足或开裂。
[0073]
此外，采用本实施例的上述布料方式，还可以使得最终布料结束位置位于混凝土结构的中心部位，从而可以有效保证混凝土的密实。
[0074]
在本实施例中，底部结构1的混凝土、中部结构2的混凝土和表层结构3的混凝土中均可以掺有聚羧酸类减水剂。
[0075]
聚羧酸类减水剂可以有效降低混凝土单方混凝土用水量和水胶比，从而改善混凝土施工的和易性和强度、耐久性，延长混凝土缓凝时间、可以推迟和削减水化热温峰，减少分层施工冷缝。
[0076]
需要说明的是，减水剂可以降低水泥砂浆流动性是公知常识，然而并不是所有种类的减水剂均可以搭配本实施例中的有机多元膦酸使用，为不提高水泥砂浆流动性，本实施例采用聚羧酸类减水剂与有机多元膦酸配合使用。
[0077]
本实施例提供的大体积混凝土结构施工方法，在浇筑任一层混凝土结构时，当浇筑完表层结构3的混凝土后，在表层结构3的表面覆盖保温层。
[0078]
水化热抑制剂的掺入可以有效降低表层结构3的水化热温峰值，但也削去了表层结构3混凝土的温峰值，而在水化热后期需要表层结构3混凝土的温度不宜降低过快，应使其与整体混凝土结构的中心部位的混凝土相对同步降温。基于此，本实施例通过在表层结构3的表面覆盖保温层，可以避免表层结构3混凝土受外界影响而散热速率过高。
[0079]
进一步的，在表层结构3的表面覆盖保温层的同时，还可以对表层结构3的混凝土进行温水保湿养护措施。采用温水保湿养护措施不仅可以降低整体混凝土结构的里表温差，且可以更快的让水泥水化。
[0080]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。