建筑工程中大體積混凝土施工控制措施研究

王玉

摘 要 隨著我國城鎮(zhèn)化和國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市核心區(qū)域由于土地供應(yīng)極其有限，造成超高層建筑不斷涌現(xiàn)。在建筑工程中，大體積混凝土施工是其必不可少的關(guān)鍵工序。從對(duì)大體積混凝土的定義及特點(diǎn)、產(chǎn)生有害裂縫原因的角度出發(fā)，提出了在施工過程中合理選用材料、合理選擇混凝土澆筑方案、埋設(shè)冷卻水管、溫度監(jiān)測(cè)和混凝土表面處理及養(yǎng)護(hù)等方面的主要措施。

關(guān)鍵詞 大體積混凝土;水化熱;施工措施

引言

隨著我國城鎮(zhèn)化和國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市核心區(qū)域由于土地供應(yīng)極其有限，造成超高層建筑不斷涌現(xiàn)。為了集合各項(xiàng)建筑功能，超高層建筑多采用主塔樓和裙樓相結(jié)合的方式，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)往往采用樁筏基礎(chǔ)形式。常規(guī)200米以上的超高層建筑中，其底板厚度多為2m～4m，混凝土建筑量大，屬于大體積混凝土施工范疇。隨著建筑高度的不斷攀升，底板厚度不斷增加，如天津117大廈，底板混凝土量達(dá)65000立方米，是我國民用建筑中最大體積底板混凝土澆筑工程。

在大體積混凝土施工過程中，容易出現(xiàn)溫度變化和混凝土收縮而產(chǎn)生溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力而導(dǎo)致裂縫的問題。因此，在超高層建筑施工中采取相應(yīng)技術(shù)措施，控制溫度應(yīng)力和有害裂縫的產(chǎn)生是亟須解決的問題。

1大體積混凝土施工過程中存在的問題

1.1 大體積混凝土的界定和特點(diǎn)

我國《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》GB50496-2018里規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土[1]。

日本建筑學(xué)會(huì)和美國混凝土協(xié)會(huì)（ACI）的規(guī)定也不盡相同，如日本建筑學(xué)會(huì)規(guī)定結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm以上，同時(shí)水化熱引起溫差預(yù)計(jì)超過25℃的混凝土;美國ACI規(guī)定：任何澆筑的混凝土，其尺寸之大采取措施解決水化熱引起的體積變形問題，以最大限度地控制混凝土結(jié)構(gòu)減少開裂，就稱之為大體積混凝土。

總之，大體積混凝土的界定目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)定，但是，混凝土水化熱的大小又與構(gòu)件截面尺寸有密不可分的關(guān)系。建筑工程中大體積混凝土工程具有如下特征：①結(jié)構(gòu)厚實(shí)、體積大，造成水泥水化熱產(chǎn)生較大的溫度變形進(jìn)而形成溫度應(yīng)力;②混凝土強(qiáng)度級(jí)別越高，混凝土中水泥使用量大，收縮變形大;③連續(xù)澆筑強(qiáng)度大、開裂風(fēng)險(xiǎn)大;④施工技術(shù)上有特殊要求。

1.2 大體積混凝土產(chǎn)生有害裂縫的原因分析

超高層建筑基礎(chǔ)多采用箱基、筏基等形式，因其混凝土體積大，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不容易散發(fā)，混凝土表面熱量散發(fā)較快，當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面的溫差過大時(shí)將形成了溫度差，使混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，如果此時(shí)因混凝土結(jié)構(gòu)齡期短，結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)混凝土極限抗拉強(qiáng)度小于混凝土溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生各種裂縫，進(jìn)而影響混凝土的正常性能，其形成原因如圖1所示。

大體積混凝土有害裂縫的產(chǎn)生原因歸納起來主要由設(shè)計(jì)和施工兩方面造成。設(shè)計(jì)方面主要有：采用強(qiáng)度等級(jí)高的混凝土，如設(shè)計(jì)強(qiáng)度越高，則水泥用量大，導(dǎo)致水化熱大;忽視配置控制溫度和收縮變形的構(gòu)造鋼筋等。施工方面的主要有：材料選用不當(dāng)、施工準(zhǔn)備不周密、澆筑過程施工措施不當(dāng)和澆筑后的養(yǎng)護(hù)和監(jiān)控不完善等。本文主要從施工方面對(duì)超高層建筑中大體積混凝土的控制措施展開探討。

2大體積混凝土施工階段的主要措施

2.1 材料選用方面

在建筑工程大體積混凝土施工中，選用合理的建筑材料是減少有害裂縫的關(guān)鍵措施。為降低水泥產(chǎn)生的水化熱，選用低水化熱的水泥在大體積混凝土施工中;其中，基礎(chǔ)有抗?jié)B要求的，不宜選用礦渣硅酸鹽水泥。在骨料選用方面，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、粒徑較大、級(jí)配良好的石子，以減少用水量和水泥用量。在無筋或少筋的大塊混凝土中，可摻入不超過混凝土體積的25%的大塊石，以減少水泥用量，降低水化熱。在細(xì)骨料選用方面，以中、粗砂為宜，且含泥量應(yīng)不超過2%。此外，應(yīng)合理選用外加劑，如摻加緩凝劑可降低水化速度和水化熱、延長凝結(jié)時(shí)間;在上海中心項(xiàng)目中，通過摻加聚羧酸鹽高效減水劑實(shí)現(xiàn)減少單位用水和水泥用量;在混凝土內(nèi)摻水泥用量10%～12%的U型混凝土膨脹劑，可實(shí)現(xiàn)超長結(jié)構(gòu)的無縫施工。

2.2 合理選擇混凝土澆筑方案

在超高層建筑大體積混凝土施工過程中，應(yīng)合理確定混凝土的澆筑方案。澆筑方案的影響因素歸納起來主要有：構(gòu)建的尺寸、混凝土初凝時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)工作面、現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力和澆筑強(qiáng)度等。目前，常見的澆筑方案有全面分層、分段分層和斜面分層三種方式，其各自的適用范圍及施工要點(diǎn)如表1所示[2]。

2.3 埋設(shè)冷卻水管

超高層建筑大體積混凝土水化熱產(chǎn)生的內(nèi)部高溫度一般可達(dá)60～65℃，且有較長的延續(xù)時(shí)間，3至5天才達(dá)到內(nèi)部溫度峰值。為降低構(gòu)件內(nèi)部溫度，在混凝土澆筑前可在構(gòu)件內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，通過加壓使冷水在構(gòu)件內(nèi)部不斷循環(huán)來吸收內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱的方式，來降低構(gòu)件內(nèi)外溫度差。

2.4 溫度監(jiān)測(cè)

為研究摸清大體積混凝土水化熱的多少，混凝土內(nèi)部不同位置溫度場(chǎng)的變化規(guī)律，掌握監(jiān)控大體積混凝土的內(nèi)部溫度變化，這樣才能采取控制溫度差的相應(yīng)對(duì)策，確保混凝土結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量，通過在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同的部位埋設(shè)“銅熱傳感器”，再用混凝土溫度測(cè)定設(shè)備，進(jìn)行大體積混凝土施工全過程的監(jiān)測(cè)和跟蹤[2]，如圖2所示。

在建筑工程大體積混凝土施工中，當(dāng)設(shè)計(jì)無特殊要求時(shí)，在硬化期的混凝土實(shí)測(cè)溫度應(yīng)按照以下要求進(jìn)行控制：①混凝土內(nèi)部溫差（中心與表面下100或50mm處）小于25℃;②混凝土表面溫度（表面以下100或50mm）與混凝土表面外50mm處的溫度差小于20℃;對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土，允許介于30-35℃之間;③混凝土結(jié)構(gòu)降溫的速度小于2.0℃/d;④混凝土表面與大氣溫差小于20℃時(shí)，才能去除保溫層。

2.5 混凝土表面處理及養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土表面浮漿較厚時(shí)，可在初凝前加為20～40mm的石子漿，均勻撤布在混凝土的表面，并用抹子輕輕拍平壓抹，解決混凝土澆筑過程中構(gòu)件表面粗骨料較少的問題。此外，大體積混凝土構(gòu)件表面應(yīng)進(jìn)行二次抹面。如果混凝土硬化后的表面出現(xiàn)塑性收縮裂縫，應(yīng)采用水泥素漿灌注刮平的方式處理。

在超高層大體積混凝構(gòu)件養(yǎng)護(hù)過程中，為減少內(nèi)外溫差，采用構(gòu)件內(nèi)部降溫、外部保溫的措施，混凝土養(yǎng)護(hù)一般采用蓄熱法。大體積混凝土終凝后，應(yīng)立即覆蓋塑料膜和保溫層，并通過計(jì)算決定是否再加一層塑料膜。此外，混凝土的養(yǎng)護(hù)在炎熱天氣應(yīng)適當(dāng)延長。

3結(jié)束語

隨著城鎮(zhèn)化和國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市核心區(qū)域超高層建筑不斷涌現(xiàn)，對(duì)施工技術(shù)提出了更高的要求，而大體積混凝土施工是超高層建筑中必不可少的關(guān)鍵工序。本文通過對(duì)大體積混凝土的定義及特點(diǎn)、產(chǎn)生有害裂縫的原因進(jìn)行分析，并針對(duì)施工環(huán)節(jié)提出了合理選用材料、合理選擇混凝土澆筑方案、埋設(shè)冷卻水管、溫度監(jiān)測(cè)和混凝土表面處理及養(yǎng)護(hù)等方面的技術(shù)措施。上述研究，為避免超高層建筑中大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫病害提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)：GB50496-2018[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[2] 中國冶金建設(shè)協(xié)會(huì).大體積混凝土施工規(guī)范[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2009：217.