大體積混凝土施工技術(shù)與溫度控制的研究

馬浩焱 沈陽嘉佰置業(yè)有限公司

1 前言

近年來，我國城市人口顯著增加，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高，促進(jìn)了建筑業(yè)的快速發(fā)展。高層建筑工程施工對工程應(yīng)用、設(shè)備和質(zhì)量管理有著嚴(yán)格的要求，在現(xiàn)場施工中應(yīng)用大規(guī)模混凝土施工技術(shù)，能夠大大提高工程運(yùn)行效率，有效控制裂縫等質(zhì)量問題。

2 大體積混凝土施工的特點(diǎn)

與常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)施工相比，大體積混凝土有著較高的材料用量和澆筑施工量，且由于其體型龐大、構(gòu)件截面尺寸大、施工條件復(fù)雜，所以對于施工技術(shù)的要求也相對較高，這也導(dǎo)致此類工程結(jié)構(gòu)具有較高的施工難度。

大體積混凝土在具體施工的過程中，更容易受到自身收縮、水化熱反應(yīng)以及外界條件等因素的影響，而出現(xiàn)收縮應(yīng)力以及溫度應(yīng)力，進(jìn)而形成較高的裂縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)大體積混凝土施工對養(yǎng)護(hù)溫度要求也較高，在振搗時(shí)，也要確保整體振搗作業(yè)的合理性。此外，施工中會(huì)使用到大量材料，各種材料性能也都會(huì)對后續(xù)施工造成影響。因此，要確保各項(xiàng)材料性能都能夠達(dá)到預(yù)期。雖然施工中各項(xiàng)操作難度都不太高，但是需要施工人員注意的細(xì)節(jié)較多，因而導(dǎo)致了施工工藝復(fù)雜。

3 大體積混凝土施工問題

3.1 溫度裂縫

大體積混凝土施工過程中，溫度裂縫問題一直困擾著施工單位。溫度裂縫主要是由于混凝土的水溫或環(huán)境溫度的影響造成的，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度發(fā)生較大變化，使較大混凝土中的耐拉性較高，從而引發(fā)裂縫的產(chǎn)生。

3.2 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是大體積混凝土裂縫的主要原因。為防止鋼筋腐蝕，在設(shè)計(jì)時(shí)要確定保護(hù)層厚度，施工過程中對混凝土水灰比進(jìn)行控制，加強(qiáng)合理的振搗，以保證混凝土密實(shí)度。同時(shí)，減少含氯混合物的使用，特別是在沿海地區(qū)或有大量腐蝕性空氣和地下水的地區(qū)，要嚴(yán)格控制鋼筋銹蝕。

3.3 干縮變形

對較大混凝土而言，其內(nèi)部濕度較高，在硬化過程中通常只有一小部分與水合物反應(yīng)有關(guān)，大部分游離水隨硬化而逐漸蒸發(fā)，導(dǎo)致較大混凝土在逐漸收縮過程中變形。即在實(shí)際工作中，干縮變形也受到許多因素的影響，如供水、水系系數(shù)、養(yǎng)護(hù)措施、顆粒類型等。在混凝土設(shè)計(jì)中必須考慮這些因素，否則將不可避免地導(dǎo)致裂縫，從而影響到大型混凝土的質(zhì)量。

3.4 束縛性裂縫

束縛性因素也是導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的一項(xiàng)重要因素。例如，在大體積混凝土施工作業(yè)開展期間，由于溫度改變，會(huì)導(dǎo)致大體積混凝土發(fā)生不同程度變形。同時(shí)，由于外界因素具有多樣、復(fù)雜等多項(xiàng)特點(diǎn)，受束縛性因素影響，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位發(fā)生斷裂，致使內(nèi)部產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。從實(shí)際情況來看，若內(nèi)應(yīng)力超出大體積混凝土能夠承受的最大抗拉強(qiáng)度，就會(huì)出現(xiàn)大量裂縫，嚴(yán)重影響大體積混凝土質(zhì)量與耐久性。

4 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

大體積混凝土開裂后，整體建筑質(zhì)量會(huì)受到嚴(yán)重影響。大體積混凝土是一種特殊材料，裂縫原因很多。第一，施工人員在施工過程中未嚴(yán)格遵守大體積混凝土的重量要求，導(dǎo)致大體積混凝土承載性能下降，材料易碎，承受不了更大壓力而導(dǎo)致裂縫。第二，材料選擇及使用不當(dāng)是造成裂縫問題的主要原因之一，如果材料質(zhì)量不佳或者應(yīng)用比例不合理，會(huì)使裂縫產(chǎn)生的概率急劇攀升。如粗細(xì)骨料具有較大的含泥量，使混凝土出現(xiàn)較為嚴(yán)重的收縮變形問題，并對其抗拉強(qiáng)度造成一定的影響。與此同時(shí)，如果粗骨料級配、砂率以及水灰比控制不當(dāng)，也容易引發(fā)裂縫問題。第三，大體積混凝土內(nèi)部溫度不能適應(yīng)外部溫度，溫差過大，導(dǎo)致溫度裂縫。大體積混凝土開裂的原因主要與溫度有關(guān)。第四，約束作用因素。大體積混凝土在澆筑中，不同部位會(huì)產(chǎn)生不同的約束作用，從而影響大體積混凝土的質(zhì)量，造成裂縫的產(chǎn)生。第五，在建筑大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的過程中，水泥的用量非常關(guān)鍵，水泥會(huì)產(chǎn)生水化熱現(xiàn)象，如果水泥量過多，水化熱會(huì)使大體積混凝土內(nèi)外溫差較大，混凝土內(nèi)部溫度不易散失，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，造成裂縫的產(chǎn)生。

5 大體積混凝土施工技術(shù)溫度控制

5.1 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

施工前，需要對結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，同時(shí)需考慮到工程項(xiàng)目的具體內(nèi)容。首先，應(yīng)設(shè)計(jì)一條循環(huán)合理的冷凝水管道，使其能夠與施工現(xiàn)場的實(shí)際環(huán)境溫度相結(jié)合，以保證冷凝水管道的循環(huán)時(shí)間，充分保證施工現(xiàn)場循環(huán)時(shí)間超過7d，其結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行科學(xué)合理地尺寸標(biāo)注，并安裝測溫孔，并確保測溫孔表面間距一致。

5.2 嚴(yán)控材料品質(zhì)與配合比

施工前要對大型混凝土進(jìn)行配對試驗(yàn)，在科學(xué)選擇配比時(shí)，應(yīng)依據(jù)耐久性、強(qiáng)度等設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合溫度升高控制要求，降低配比中水泥的比例，有效限制水化熱反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)配比優(yōu)化。這不僅有助于減少混凝土的收縮，還有助于降低病害發(fā)生率。需要泵送的混凝土，還要進(jìn)行試驗(yàn)以確保泵送條件得到滿足。另外，的溫度控制措施，以方便后續(xù)運(yùn)行。

在選擇大型混凝土的原料時(shí)，應(yīng)更加重視水泥材料，優(yōu)先選用水化熱低的水泥，如礦渣或粉煤灰等普通硅酸鹽水泥，并嚴(yán)格遵守相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。選擇混凝土骨料，主要從含水率、污泥含量等指標(biāo)出發(fā)，盡可能選擇天然砂。在選擇添加劑時(shí)，還應(yīng)考慮溫度應(yīng)力的調(diào)節(jié)。常用的添加劑包括膨脹劑（如UEA膨脹劑、有機(jī)纖維）、減壓劑、粉煤灰等，并且須保證添加劑的質(zhì)量。

5.3 合理優(yōu)化測溫技術(shù)

穩(wěn)定性是大體積混凝土施工開展時(shí)的一項(xiàng)常見問題，為了確保穩(wěn)定性，要合理控制各項(xiàng)裂縫，以免導(dǎo)致工程質(zhì)量無法達(dá)到預(yù)期，而引起裂縫出現(xiàn)的關(guān)鍵因素就是溫度變化。大體積混凝土施工開展時(shí)，對溫度有著明確規(guī)定。所以，合理應(yīng)用符合要求的測溫技術(shù)則顯得尤為重要。可見，要不斷優(yōu)化測試技術(shù)，提高測溫技術(shù)的先進(jìn)性，通過對該項(xiàng)技術(shù)的合理應(yīng)用，完成對大體積混凝土溫度情況的全面監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對裂縫的合理預(yù)防，減少裂縫的出現(xiàn)。

具體施工開展時(shí)，施工人員需采用電阻型溫度傳感器監(jiān)測大體積混凝土溫度，并設(shè)置多個(gè)采集點(diǎn)位，對各個(gè)溫度檢測點(diǎn)位進(jìn)行精準(zhǔn)編號，依據(jù)點(diǎn)位依次測量每個(gè)點(diǎn)位溫度，且做好各項(xiàng)記錄。在進(jìn)行溫度測量期間，要確保測溫線與鋼筋的合理的接觸，以保證各項(xiàng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。

對于大體積混凝土來說，內(nèi)部溫度與外部溫度溫差過大是引起裂縫的主要原因，做好溫度控制能夠減少裂縫的出現(xiàn)。工作人員應(yīng)在溫度恒定情況下開展大體積混凝土養(yǎng)護(hù)作業(yè)，在拆模時(shí)，確保大體積混凝土外部和內(nèi)部溫差控制在25℃以內(nèi)，保證溫度差不會(huì)超過這一數(shù)值，且強(qiáng)度需超過75%，必須達(dá)到這一要求之后，才能開展拆模作業(yè)。

5.4 降低進(jìn)入模具的混凝土溫度

（1）加入冷卻器或冰塊攪拌混凝土。一般來說，加冰率為混合水的40%～50%，溫度可以降低約5℃～7℃。此過程操作簡單，已為大多數(shù)項(xiàng)目所采用。（2）冷顆粒。常用的預(yù)冷方法是水冷和空氣。（3）低溫或夜間執(zhí)行。南方春秋等寒冷季節(jié)更適合大規(guī)模混凝土。（4）在炎熱季節(jié)采取保溫降溫措施，縮短混凝土的運(yùn)輸和暴露時(shí)間。混凝土入口溫度應(yīng)盡可能控制在25℃以下。

5.5 混凝土澆筑

大型混凝土必須按照以下標(biāo)準(zhǔn)和程序有序地開展施工。

（1）澆筑前，應(yīng)先檢查鋼筋的模板和施工質(zhì)量，確保鋼筋和埋件正確安裝，且符合設(shè)計(jì)要求，然后清理模板，并涂上界面劑。（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)施工要求選擇合適的澆筑方法，控制泵端混凝土加載時(shí)間，避免長期放置造成性能變化。（3）實(shí)現(xiàn)無縫澆筑，應(yīng)保證澆筑的連續(xù)性，避免澆筑中斷。（4）充分控制混凝土溫度，模具入口溫度限于28℃，并根據(jù)現(xiàn)場溫度測量結(jié)果控制混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差。（5）混凝土進(jìn)入模具后，要充分振搗，并設(shè)置振動(dòng)點(diǎn)，選擇振搗設(shè)備，根據(jù)澆筑方法、表面和水處理要求控制振動(dòng)桿的間距和移動(dòng)速度，并在表面出現(xiàn)泛漿時(shí)停止振動(dòng)。（6）振搗時(shí)，應(yīng)避免鋼筋和埋件的移動(dòng)或變形，加強(qiáng)對定位鋼筋、力鋼筋等的保護(hù)。（7）為了提高混凝土的密實(shí)度，提高混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、防滲強(qiáng)度等，在混凝土尚未凝固的情況下可以進(jìn)行二次振搗，但應(yīng)控制振動(dòng)功率和時(shí)間，以防止混凝土因振搗擾動(dòng)過大而無法成型或損壞。（8）振搗后，應(yīng)進(jìn)行摩擦表面處理，將混凝土連到多個(gè)噴嘴上，均勻地將粒徑25mm的碎石層撒到表面上，并使用平整木模減少油嘴塊表面的裂縫。

5.6 加強(qiáng)把控混凝土溫度差

控制大體積混凝土內(nèi)外溫差的關(guān)鍵是控制水、水泥等合理配比，嚴(yán)格按照混凝土配比要求，添加適量的外加劑，以減少混凝土水的分散和內(nèi)外溫差，同時(shí)不影響混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。對過去大部分大型混凝土工程施工情況的分析和觀察表明，為了有效控制較大的溫差，可以選擇使用較低溫度的砂石水，通過延長凝固時(shí)間進(jìn)一步加快混凝土內(nèi)部熱量向外的傳播。此外，混凝土連續(xù)澆筑后，應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)拆除周圍的模板，并按計(jì)劃有序地進(jìn)行維護(hù)工作。

5.7 優(yōu)化構(gòu)造設(shè)計(jì)以及邊界約束

（1）合理的配置鋼筋。正常情況下，鋼筋的合理配置對于混凝土抗裂性能的提升有著良好的促進(jìn)作用。但在進(jìn)行鋼筋配置的過程中，需要將間距小以及直徑小作為基本配置原則，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用全截面設(shè)置模式，提升混凝土貫還需檢查采集溫度、混合溫度、入口溫度等。確定適當(dāng)?shù)臏囟确秶⑻岢鱿嚓P(guān)穿裂縫的抵抗能力。并且，在結(jié)構(gòu)表面設(shè)置鋼筋，還能提高結(jié)構(gòu)表面的抗伸縮能力以及抗溫度應(yīng)力能力。（2）設(shè)置滑動(dòng)層。在混凝土邊緣經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)溫度應(yīng)力以及約束應(yīng)力，如果能夠在外約束接觸面當(dāng)中對滑動(dòng)層進(jìn)行綜合設(shè)置，將會(huì)有效提升結(jié)構(gòu)抗伸縮能力。（3）設(shè)置緩沖層。緩沖層能夠有效降低基礎(chǔ)收縮過程中的側(cè)向壓力，因此，在施工過程中，在底板地梁部分以及高低底板交接處設(shè)置厚度為30mm～50mm 的聚苯乙烯泡沫，以此進(jìn)行垂直隔離，即可達(dá)到降低側(cè)向壓力的目的。

5.8 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土在澆筑后表面容易出現(xiàn)塑性裂縫，在表面混凝土初凝后進(jìn)行二次抹面收光處理，可以有效改善表面平整度。混凝土的養(yǎng)護(hù)有兩個(gè)目的，一是保證混凝土的濕度適宜，膠凝材料充分水化反應(yīng)，以利于強(qiáng)度的增長；二是通過覆蓋或降溫，使混凝土的溫度在規(guī)范控制范圍以內(nèi)，以保證混凝土質(zhì)量。

混凝土終凝后12h內(nèi)，常規(guī)的做法是第一層采用塑料薄膜覆蓋，保持混凝土濕度；第二層根據(jù)季節(jié)溫度的不同，選擇不同厚度的保溫材料進(jìn)行覆蓋，控制混凝土表面與核心溫度的溫差以及降溫速率。養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14d。

5.9 水化熱控制

為了保證工程項(xiàng)目的質(zhì)量，需要對大體積混凝土水化熱引起的溫度裂縫進(jìn)行針對性分析。

首先，執(zhí)行單位必須報(bào)告目前的施工計(jì)劃和安全計(jì)劃，在得到有關(guān)部門批準(zhǔn)后開展下一個(gè)施工工作。在開展具體工作時(shí)，首先對整個(gè)施工保持高度監(jiān)督。例如，在監(jiān)測過程中，需要建立一個(gè)有針對性的二級臺站系統(tǒng)。二級站期間的檢測工作，包括對混凝土路面使用車證的隨機(jī)檢查。

其次，還要針對性分析建筑過程中臨時(shí)使用電力和模型的安全風(fēng)險(xiǎn)。出現(xiàn)問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)與施工單位及業(yè)主聯(lián)系，采取科學(xué)合理的技術(shù)措施，分析和調(diào)整施工內(nèi)容。

5.10 冷卻水降溫控制技術(shù)

大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，與溫度存在著重要的聯(lián)系，因此應(yīng)重視減少溫差，降低溫度，防止溫度過高或過低產(chǎn)生裂縫問題。在大體積混凝土澆筑的過程中，可以在內(nèi)部設(shè)置冷水管，在混凝土凝結(jié)后，通過冷卻水降低混凝土內(nèi)部的溫度，從而防止內(nèi)部和外部溫差較大而形成裂縫。

在混凝土內(nèi)部還可設(shè)置測溫點(diǎn)，通過傳感器及時(shí)掌握內(nèi)部溫度情況，做到動(dòng)態(tài)監(jiān)測，及時(shí)通過冷水管流量的控制，有效控制溫度。在內(nèi)部和外部溫度小于25℃時(shí)，將冷卻水向邊緣位置流動(dòng)。在混凝土中心位置設(shè)置進(jìn)水口，可以設(shè)置多層冷水管，每層相互錯(cuò)開，控制冷水的流量，對內(nèi)部進(jìn)行降溫，防止裂縫的產(chǎn)生。

6 結(jié)束語

總之，為了確保合理有效地利用大規(guī)模混凝土技術(shù)，提高混凝土建筑質(zhì)量，需要根據(jù)技術(shù)的實(shí)際需要開展相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格選擇材料，編寫科學(xué)設(shè)計(jì)匹配報(bào)告，通過加強(qiáng)工程研究和經(jīng)驗(yàn)，為建筑業(yè)帶來更多便利，使這項(xiàng)技術(shù)適應(yīng)建筑行業(yè)的未來趨勢，從而提高應(yīng)用水平。