房屋建筑工程中大體積混凝土施工技術(shù)探析

趙振 紀(jì)慶彬

［摘 要］為解決建筑工程大體積混凝土施工中存在的內(nèi)外溫度差過(guò)大問(wèn)題，本文開(kāi)展房層建筑中的施工技術(shù)研究。通過(guò)混凝土配合比優(yōu)化、大體積混凝土跳倉(cāng)法施工、大體積混凝土澆筑、混凝土降溫速率控制與施工縫構(gòu)造等措施的分析，提出一種新的施工技術(shù)。通過(guò)實(shí)證分析的方式對(duì)新的施工技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果得出，本文設(shè)計(jì)的施工技術(shù)可以有效控制混凝土內(nèi)外溫度差，減少結(jié)構(gòu)裂縫，提高施工質(zhì)量。

［關(guān)鍵詞］房建工程；大體積混凝土技術(shù)；施工

［中圖分類號(hào)］TU7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

從房建工程建設(shè)要求層面分析，采用大體積混凝土施工工藝必須具備以下三個(gè)條件：一是施工中對(duì)應(yīng)的截面尺寸應(yīng)滿足大于0.5 m的要求；二是水泥建設(shè)項(xiàng)目的占地面積應(yīng)達(dá)到一定的規(guī)模；三是大體積混凝土建筑工程施工的綜合難度較高，因此對(duì)施工中的技術(shù)水平要求較高。為滿足以上條件，施工企業(yè)有必要根據(jù)工程建設(shè)中的質(zhì)量要求，提升自身的施工技術(shù)和施工效率，避免由于混凝土澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量方面的問(wèn)題。

熊顆在開(kāi)展此方面內(nèi)容的研究后，引進(jìn)了跳倉(cāng)法施工技術(shù)，并選擇了某白云站站房作為施工中的研究對(duì)象，將引進(jìn)的施工技術(shù)應(yīng)用到試點(diǎn)工程項(xiàng)目的底板工程澆筑中，通過(guò)此種方式，為后續(xù)相關(guān)工程項(xiàng)目的規(guī)范化施工提供技術(shù)層面的指導(dǎo)與幫助［1］。李霖霖等人在開(kāi)展了此方面內(nèi)容的研究后，提出了水化溫升綜合法，將該方法作為依據(jù)，進(jìn)行混凝土施工前配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在為工程項(xiàng)目建設(shè)提供幫助的同時(shí)，提高了混凝土施工的可靠性［2］。

為進(jìn)一步規(guī)范工程建設(shè)與施工，下文將以某地區(qū)建筑工程項(xiàng)目為例，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)與施工要求，對(duì)大體積混凝土的施工展開(kāi)設(shè)計(jì)研究。

1 房建工程項(xiàng)目實(shí)例

1.1 概況

所選的建筑工程項(xiàng)目整體外形與直角梯形類似，整體規(guī)劃用地面積約為29 674.04m2，擬建6棟建筑，將其表示1#～6#。其中，1#建筑為居民住宅樓建筑，建筑層數(shù)為16（局部23）；2#建筑為高層住宅樓，建筑層數(shù)為30；3#建筑與2#建筑結(jié)構(gòu)、層數(shù)完全一致；4#、5#、6#建筑為居民住宅樓建筑，建筑層數(shù)為16，其中包括一個(gè)商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)建筑。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，該建筑工程項(xiàng)目的總面積為

75 721.52m2，其中地上建筑、地下建筑對(duì)應(yīng)的面積分別為59 347.58m2與14 063.42m2。

該項(xiàng)目中的建筑均為筏板結(jié)構(gòu)，其中5#、6#建筑屬于獨(dú)立筏板結(jié)構(gòu)，1#、2#、3#、4#建筑的地下室空間共用，對(duì)應(yīng)1#～4#建筑底板頂標(biāo)為-4 m，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層的墊層厚度為100 mm。2#、3#建筑的地下室結(jié)構(gòu)筏板厚度均為1.6×103 mm；4#、5#、6#的地下室結(jié)構(gòu)筏板厚度均為1 000 mm。根據(jù)工程要求，底板混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C35，設(shè)計(jì)的抗?jié)B等級(jí)為P6。

1.2 施工難點(diǎn)

第一，施工現(xiàn)場(chǎng)交通壓力較大。該工程所涉及建筑的地下室面積較大，且工程項(xiàng)目所在地區(qū)為市中心區(qū)域，項(xiàng)目所在地施工現(xiàn)場(chǎng)的周轉(zhuǎn)面積較小。在施工過(guò)程中，場(chǎng)地周圍的道路難以保證暢通，給場(chǎng)地的交通組織帶來(lái)了很大的不便。在此條件下，工地交通壓力將會(huì)進(jìn)一步增加。

第二，施工中混凝土供應(yīng)工作難以得到保障。確保大體積混凝土的供給連續(xù)性，是工程項(xiàng)目成功實(shí)施的一個(gè)重要因素。攪拌站出力未達(dá)期望、混凝土原料供給不足、交通限制使水泥罐車輛不能及時(shí)抵達(dá)工地等因素，都會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工造成負(fù)面影響。

第三，混凝土澆筑后內(nèi)外溫度差控制難度較高。本次工程中采用的底板有1 000 mm，1 300 mm，1 600 mm三種尺寸。在大體積混凝土澆筑時(shí)，外部溫度對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響較大，混凝土的水化熱反應(yīng)也較為強(qiáng)烈。另外，混凝土內(nèi)部的熱量不易擴(kuò)散，而混凝土的外部溫度又迅速下降，因此在混凝土澆筑后、固結(jié)過(guò)程中，極易出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫等問(wèn)題，最終影響工程的質(zhì)量。

2 建筑工程大體積混凝土施工

2.1 混凝土配合比優(yōu)化

在進(jìn)行建筑工程大體積混凝土施工前，需要根據(jù)混凝土的水化熱特點(diǎn)，對(duì)其溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。溫控指標(biāo)包括：第一，混凝土澆筑體在入模時(shí)，溫度上升不得超過(guò)50℃；第二，混凝土澆筑體內(nèi)外溫度差不得超過(guò)25℃；第三，混凝土澆筑體降溫速度不得超過(guò)3℃/d。根據(jù)上述要求，為避免水化熱對(duì)大體積混凝土施工造成影響，需要對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)［3］。水泥的種類對(duì)其水化溫度有很大的影響。隨著水化細(xì)度值的增大，水化放熱率增大，水化峰也增大。所以，在進(jìn)行大體積混凝土的配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要優(yōu)先選擇中、低耐火性的水泥，同時(shí)要盡可能地降低其用量。

隨外加劑用量的增大，混凝土的水化溫升峰度將逐漸減?。?］。一般而言，摻合料對(duì)水泥的總放熱量沒(méi)有任何影響［5］。緩凝劑可以降低混凝土的水化反應(yīng)速度，從而延長(zhǎng)水化熱的釋放時(shí)間，同時(shí)還可以使混凝土的水化熱得到及時(shí)消散，因?yàn)榭偡艧崃繘](méi)有變化，所以在同一時(shí)間內(nèi)，混凝土的儲(chǔ)熱量就會(huì)減少，峰值溫升也會(huì)減少。減水劑的作用以降低用水量為主，其在后期可降低混凝土的干縮率，但對(duì)水化溫升的作用較小。

2.2 大體積混凝土跳倉(cāng)法施工

為實(shí)現(xiàn)對(duì)大體積混凝土施工裂縫的控制，引入跳倉(cāng)法進(jìn)行施工。采用跳倉(cāng)分倉(cāng)方法，建立在外部約束應(yīng)力與結(jié)構(gòu)尺寸成非線性關(guān)系的基礎(chǔ)上［6］。首先，將大面積的混凝土塊體劃分為多個(gè)面積較小的倉(cāng)塊，并展開(kāi)分塊澆筑，從而將水化熱在初始階段所產(chǎn)生的較大溫差和收縮變形釋放出來(lái)，之后，再進(jìn)行封倉(cāng)澆筑，從而完成所有的混凝土工作。運(yùn)用極限變形概念，推導(dǎo)出變形縫允許間距：

式中：E代表混凝土彈性模量，H代表結(jié)構(gòu)厚度，Cx代表變形剛度，a代表膨脹系數(shù)，T代表降溫差，ep地表極限拉伸。在上述公式的基礎(chǔ)上，明確當(dāng)跳倉(cāng)間距越大，則允許溫差越小，對(duì)溫度的控制要求越高?？刂扑療岷突炷潦湛s應(yīng)是優(yōu)先采取的措施。在其他條件不變的情況下，水平變形剛度增加，則跳倉(cāng)間隔距離減小。當(dāng)水平變形剛度逐漸趨近0時(shí)，分倉(cāng)間距理論上為無(wú)窮大，即基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)不需要考慮倉(cāng)塊劃分的問(wèn)題，可一次性完成澆筑，并且不會(huì)產(chǎn)生貫穿性的裂縫［7］?？梢圆捎谩盎瑒?dòng)層”結(jié)構(gòu)，即“防水卷材+防水涂層”，或者將其與沙土結(jié)合起來(lái)，形成一種滑動(dòng)結(jié)構(gòu)。

2.3 大體積混凝土澆筑

在進(jìn)行大體積混凝土的澆筑時(shí)，可以采取分層施工方式。在施工過(guò)程中，將大體積混凝土劃分成幾層，逐層澆筑，增加比表面，也增加散熱面積，以減少混凝土內(nèi)部溫度峰值。各層間的間隔應(yīng)盡量縮短，不要過(guò)長(zhǎng)。圖1為大體積混凝土分層澆筑示意圖。

除此之外，還可通過(guò)設(shè)置冷卻水管的方式實(shí)現(xiàn)熱交換。對(duì)于厚大構(gòu)件，除采用分層澆筑外，還可采用埋設(shè)冷水管的方式來(lái)降低其溫度，這是一種行之有效的冷卻方式。在設(shè)置水管的時(shí)候，要考慮水管的層間距、管間距、管徑、水溫、水流速度、供水時(shí)間等因素［8］。通常在較低的循環(huán)水溫度、較高的流量和較長(zhǎng)的給水時(shí)間下，其冷卻效果較好。圖2為大體積混凝土澆筑冷卻水管設(shè)置圖。

入模溫度高會(huì)加速水泥水化反應(yīng)，使其在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，從而使水化熱的峰值持續(xù)增大。結(jié)果表明，在溫度變化過(guò)程中，混凝土內(nèi)溫度最大值出現(xiàn)的時(shí)刻向前移動(dòng)。所以，在澆注混凝土?xí)r，必須對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控。具體而言，可采取的措施包括：控制骨料溫度，采用水冷、風(fēng)冷等方式進(jìn)行骨料預(yù)冷，避免將砂石骨料置于暴曬環(huán)境中；降低混凝土攪拌用水溫度；降低運(yùn)輸中的溫度升高。

2.4 混凝土降溫速率控制與施工縫構(gòu)造措施實(shí)施

在混凝土澆筑作業(yè)結(jié)束后，要對(duì)混凝土里表溫差、溫升速率、降溫速率等溫度指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在實(shí)際施工的過(guò)程中，如果出現(xiàn)了超出規(guī)定范圍的溫度偏差，則應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，對(duì)其進(jìn)行分析和控制。在冷卻速度超過(guò)3℃/d的情況下，必須立即用塑料膜等隔熱材料蓋上。當(dāng)冷卻速度不顯著時(shí)，可將隔熱層取出。

在“跳倉(cāng)法”基礎(chǔ)工程中，施工縫的設(shè)置和施工質(zhì)量直接影響其抗?jié)B透和防水性能。由于大部分的地基都位于地下水中，因此如果不能很好地對(duì)地基的接縫進(jìn)行處理，就會(huì)造成地基滲漏。圖3為跳倉(cāng)法施工縫構(gòu)造圖。

在混凝土封倉(cāng)之前，一定要確保在施工縫處的止水板穩(wěn)固，在需要的時(shí)候，可以增加一個(gè)鋼筋支撐，用焊接的方法來(lái)固定。

3 實(shí)證分析

3.1 布置測(cè)溫點(diǎn)

施工人員應(yīng)該以施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況為依據(jù)，將測(cè)溫點(diǎn)設(shè)置在混凝土澆筑邊緣或中心等溫度變化明顯的位置。在每一塊大體積混凝土筏板上，必須設(shè)置5個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)（2個(gè)為備用溫度測(cè)量點(diǎn)），并設(shè)置一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)位于筏板的中央。

與此同時(shí)，施工人員要根據(jù)埋設(shè)位置圖精確地設(shè)置溫度測(cè)量點(diǎn)，設(shè)置時(shí)要遵守如下原則。上部和下部的溫度測(cè)量點(diǎn)必須設(shè)置在混凝土表層下10cm的位置；混凝土的中部測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)位于樓面的中部；在保溫層內(nèi)，溫度測(cè)量點(diǎn)應(yīng)該設(shè)置在水泥面上，也就是濕潤(rùn)劑的下面；溫室外露的溫度測(cè)量點(diǎn)應(yīng)該位于離混凝土大約1.5 m高的地方。

為了防止測(cè)溫節(jié)點(diǎn)受到破壞，在澆注之前，必須在現(xiàn)場(chǎng)安裝好測(cè)溫節(jié)點(diǎn)，并在節(jié)點(diǎn)處放置標(biāo)志，防止其他工人在振搗施工時(shí)破壞測(cè)溫節(jié)點(diǎn)。此外，為了保障測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的精度，還需要在銅制熱電阻的位置上放置水泥墊，并在每個(gè)測(cè)溫位置上安裝電阻器和導(dǎo)線。在實(shí)際施工中，技術(shù)員可以將主干導(dǎo)軌傾斜地引入測(cè)溫棚內(nèi)，再用一條防水膠帶與主干連接。必須保證每個(gè)測(cè)溫區(qū)域都埋有5根溫度傳感器。另外，在施工現(xiàn)場(chǎng)，技術(shù)人員可增設(shè)2臺(tái)電子測(cè)溫儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度的采集，2臺(tái)溫濕儀進(jìn)行大氣溫濕度的測(cè)試。

3.2 測(cè)溫點(diǎn)埋設(shè)

在安裝溫度傳感器時(shí)，應(yīng)選擇16號(hào)（等級(jí)）的鋼筋作為測(cè)溫線的附接，將測(cè)溫線與混凝土中的溫度傳感器相連。在綁扎時(shí)，不能讓測(cè)溫線上的溫敏單元與鋼筋發(fā)生直接的接觸。同時(shí)，為了對(duì)溫度測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行安全防護(hù)，施工方必須在溫度測(cè)量點(diǎn)放置標(biāo)志。在進(jìn)行測(cè)溫的時(shí)候，施工人員應(yīng)該以測(cè)溫線、測(cè)溫探頭和儀器對(duì)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，并做好測(cè)溫記錄，這樣才能在第一時(shí)間內(nèi)感知澆筑后混凝土內(nèi)外與外部的溫度變化。根據(jù)上述內(nèi)容，進(jìn)行測(cè)溫點(diǎn)中傳感器的固定方式設(shè)計(jì)（如圖4）。

設(shè)定混凝土澆筑后內(nèi)外溫差應(yīng)控制在25℃范圍內(nèi)，對(duì)測(cè)點(diǎn)混凝土溫度進(jìn)行測(cè)量，其結(jié)果見(jiàn)表1。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述研究，得到如下所示的結(jié)論。參照表1測(cè)點(diǎn)混凝土內(nèi)外溫度差可知，所選的10個(gè)測(cè)點(diǎn)中，混凝土內(nèi)外溫度差（最大值）均未超過(guò)25℃，說(shuō)明施工后混凝土溫度差滿足工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，可以在極大程度上避免澆筑后混凝土筏板出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量方面的問(wèn)題。

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