建筑工程大體積混凝土溫控措施及施工技術的探討*

王習輝 王 濤

(青島金沙灘建設集團有限公司 山東 青島 266520)

筆者提到的工程項目為一48 m 的高層住宅建筑,該建筑物含有地上18層,地下2層,以剪力墻作為結構形式。工程中,對于基礎墊層、筏板基礎、圈梁、構造柱、墻柱這幾部分,都需使用混凝土完成施工,所用混凝土的體積較大,容易因溫度控制不佳,而引發各種裂縫問題,需予以控制,確保混凝土內外溫差不超過25 ℃,保障工程質量,適當延長工程使用壽命。

1 大體積混凝土測溫技術

大體積混凝土施工涉及到眾多因素,如材料特性、施工環境、溫度變化等。其中,溫度是影響大體積混凝土質量的關鍵因素。在施工過程中,由于混凝土內部化學反應釋放的熱量和外界環境因素相互影響,混凝土溫度會發生劇烈的變化[1]。如果溫度變化超過混凝土所能承受的極限值(如內外溫差超過25℃),就會導致混凝土產生裂縫、變形等問題,嚴重影響結構的安全性和穩定性。因此,應對大體積混凝土進行測溫,掌握其溫度變化情況,從而采取一定的溫控措施。

1.1 測溫的目的

為確保測溫的有序進行,施工單位首先要明確測溫的目的,制定專業化的測溫目標,例如實時監測大體積混凝土的溫度變化情況、了解混凝土內部溫度分布情況、掌握溫度變化規律等[2]。

1.2 測溫點的布置

在大體積混凝土施工中,為了全面了解混凝土的溫度變化情況,應遵循均勻、有代表性的原則布置測溫點。具體而言,應考慮混凝土的形狀、大小和施工環境等因素合理布置測溫點。以混凝土形狀為例,可依據如下信息進行布置:

(1)平面形狀的混凝土:對于平面形狀的混凝土,可根據其面積大小確定測溫點的數量和位置。在面積較小的混凝土中,可在中心布置一個測溫點;在面積較大的混凝土中,可根據需要設置多個測溫點,以監測不同位置的溫度變化。

(2)圓筒形混凝土:在筒壁和底部設置測溫點。在筒壁上,根據高度和周長設置多個測溫點;在底部上,設置一個或多個測溫點,以監測底部溫度的變化。

(3)大體積混凝土:對于大體積混凝土,由于其體積較大,熱傳導緩慢,需設置更多的測溫點來監測溫度變化[3]。

以筆者提到的高層住宅樓建筑為例,施工人員在各平面位置設置1組測溫組,一組包括3個測溫點,分別位于上、下、中部,以基坑外形、應力集中部位為依據考慮平面測溫點的位置,最終得到的混凝土應力、穩定溫度與開裂時間的關系如圖1所示,該圖的數據可為混凝土溫度控制提供依據。

圖1 混凝土應力、穩定溫度與開裂時間的關系

圖3 混凝土溫度變化曲線

1.3 測溫技術

本次工程的測溫頻次如表1所示。

表1 測溫頻次

目前常用的測溫技術有電阻式溫度計、熱電偶、紅外線測溫儀等。這些技術各有優缺點,應結合實際情況,選擇合適的測溫技術。

(1)電阻式溫度計:該溫度計利用導體電阻隨溫度變化的原理制成,具有測量精度高、穩定性好等優點。電阻式溫度計需要在澆筑混凝土前預埋,且需要在澆筑后及時進行校準和調整。

(2)熱電偶:利用熱電效應原理制成。該方法具有測量范圍廣、精度高等優點,需要在澆筑混凝土前埋入預埋件中,且需要使用補償導線進行信號傳輸。

(3)紅外線測溫儀:利用紅外線輻射原理制成,具有測量速度快、非接觸式測量等優點,但易受環境溫度和濕度的影響,需定期進行校準和保養。

2 建筑工程大體積混凝土溫控措施及施工技術

2.1 優選原材料

在建筑工程中,大體積混凝土的溫控措施,首先應從原材料的選擇入手。原材料的質量直接影響著混凝土的硬化過程和最終性能,因此選擇優質的原材料是至關重要的。具體如下:

(1)水泥:在大體積混凝土中,應優先選用低水化熱的水泥,如粉煤灰水泥、礦渣水泥等。這些水泥在硬化過程中釋放的熱量較少,可以有效降低混凝土內部的溫度,減少裂縫產生的可能性。水泥品種及用量對比如表2所示。

表2 水泥品種及用量對比

(2)骨料:骨料是大體積混凝土中的主要組成部分,其質量對混凝土的性能也有著重要影響。應選擇級配良好、含泥量低的骨料,以提高混凝土的抗裂性能。同時,骨料的粒徑和比例應根據施工需要進行合理配置,以滿足設計要求。本工程選用了粒徑5～40 mm,含泥量＜1%,針狀和片狀顆粒＜15%的卵石,細骨料粒徑＞0.5 mm,含泥量＜3%,細砂含泥量＜2%。

(3)外加劑:為了改善混凝土的性能,有時需添加一些外加劑,如緩凝劑、減水劑等[4]。這些外加劑可調節混凝土的硬化速度,降低水化熱,提高混凝土的抗裂性能。在使用外加劑時,應嚴格按照設計要求和控制配比進行添加。

通過合理選擇原材料,可有效地改善大體積混凝土的性能,降低溫度變化對混凝土的影響,從而減少裂縫的產生。

2.2 降低混凝土進出倉和入模溫度

通過降低混凝土進出倉和入模溫度,可有效減小內外溫差,防止裂縫的產生。

2.2.1 合理安排混凝土運輸和澆筑時間

在施工過程中,應盡量避免在高溫天氣下進行混凝土的運輸和澆筑。同時,應合理安排運輸和澆筑時間,盡量縮短混凝土在倉內停留的時間,加快澆筑速度,以減少溫度升高對混凝土質量的影響。

2.2.2 加冰、加冷水

在混凝土攪拌過程中,可加入冰塊或冷水來降低混凝土的溫度。同時,在運輸和澆筑過程中,可采取噴霧等方式對混凝土進行降溫處理,以減小溫度升高對混凝土的影響。

2.2.3 預冷骨料和水泥

通過預冷骨料和水泥,可有效降低混凝土的溫度。在澆筑前,可對骨料進行冷卻處理,或者在水泥中加入冰塊進行降溫。這樣可以降低混凝土的入模溫度,減小內外溫差,防止裂縫的產生。

2.2.4 控制模板溫度

模板的溫度對混凝土的溫度也有一定影響。在澆筑過程中,應控制模板的溫度在一定范圍內,避免因模板溫度過高或過低而影響混凝土的溫度變化。

2.3 安裝冷卻水管

本工程方案中,施工人員沿水平方向布置冷卻水管網,各水管間距1 m,共設置4層,4層間各相鄰進水口與出水口交錯排布,與承臺上主筋錯開。

2.4 制定合理的澆筑方案

在澆筑前,應充分了解混凝土的特性和施工環境,選擇合適的澆筑時間、澆筑方式和澆筑順序。圖2所示為本工程混凝土溫度變化曲線,可為澆筑方案的制定提供依據:

2.4.1 澆筑時間

大體積混凝土的澆筑時間應避開高溫、降雨等不利天氣,盡量選擇在溫度較低的早晨或傍晚進行。同時,應避免混凝土在初凝前受到振動影響,確保混凝土的均勻性和密實性。

2.4.2 澆筑方式

大體積混凝土的澆筑可采用全面分層法、斜面分層法或分段分層法等方式,根據混凝土的厚度、面積等參數,選擇合適的澆筑方式,以確保混凝土的施工質量。對于全面分層法,應在第一層澆筑完畢,混凝土初凝前澆筑第二層,施工時沿邊長逐層進行澆筑;對于斜面分層法,應從澆筑層下端開始澆筑,一般更適用于基礎長度超過厚度三倍的情況;對于分段分層法,應在澆筑一段距離后開始澆筑第二層,依次向前澆筑,適用于混凝土面積、長度較大的情況。

2.4.3 澆筑順序

在澆筑過程中,應按照一定的順序進行澆筑,以避免混凝土出現離析、泌水等問題。一般而言,應先澆筑深層部分,再澆筑淺層部分,同時應按照一定的方向進行澆筑,避免遺漏或重復澆筑。

2.4.4 振搗在澆筑過程中,應加強振搗工作,提升混凝土的密實度。振搗時,應根據混凝土的厚度和振搗器的類型,選擇合適的振搗方式和振搗時間,避免出現過振或漏振的情況。

2.4.5 施工縫處理

在澆筑過程中,可能會因施工需要或施工難度等原因,需要設置施工縫。對于施工縫的處理,應嚴格遵守相關規范和設計要求,確保施工縫的質量符合要求。

2.4.6 監測與控制

在施工過程中,應對大體積混凝土的溫度、濕度、變形等進行監測與控制。通過分析實時監測數據,及時發現和處理問題,確保大體積混凝土的施工質量符合要求。

2.5 制利用混凝土的后期強度

本工程的試驗表明,當單位體積混凝土內部水泥用量出現10 kg的變化時,混凝土溫度會有1℃的變化,這一現象的出現與水化熱有關。因此,為將混凝土的溫度變化控制在允許范圍內,一般應將混凝土設計強度從f28轉變為f45、f60或f90。

3 結語

總之,大體積混凝土溫控施工,是建筑工程施工中的重要環節。通過優選原材料、降低混凝土溫度、制定合理的澆筑方案、采取溫控養護措施,可以有效解決大體積混凝土中存在的溫度裂縫等問題,提高混凝土的耐久性和穩定性。在實際施工中,應充分考慮混凝土的特性和施工環境,選擇合適的措施,并進行科學合理的施工組織和管理。